作者：潘少穎 來源：IT時報

2008年，匹茲堡大學的科學家通過在大腦運動皮層植入微電極陣列，構建起了一套腦控機械臂系統，並證明猴子可以利用該系統連續控制機械臂給自己喂食；2012年，布朗大學科學家利用开發出的BrainGate神經接口系統使四肢癱瘓的患者成功實現腦控機械臂，並在沒有護理人員幫助的情況下喝到咖啡；2020年，浙江大學研究人員借助手術機器人將微電極陣列植入到嵴髓損傷患者大腦運動皮層，使患者可控制機械臂完成喫、喝、握手等三維運動；2023年，華山醫院、上海科技大學、天津大學通過建立適用於漢語聲調的深度學習基礎，在國際上首次實現了從大腦神經活動到漢語單音節聲調語音的端到端合成。

中國人一直都有一個美好的夙愿——心想事成，在天津大學醫工院副院長徐敏鵬看來，腦機接口就可以實現思想與外物的互聯互通預計生物智能和機器智能的交互融合，“智能的高階形態就是‘人機混合智能’，下一代人機交互的方式就是意念控制。”

在2023世界人工智能大會“腦機智能與數字生命”主題論壇上，多位專家認爲，人類正在進入人、機、物三元互融的時代，腦機接口被認爲是元宇宙的入口之一。在更長遠的未來，腦機接口必將成爲大衆消費級產品。

動物“腦控”運動和遊戲

“我們在今年5月完成了全球首例將半侵入式腦機接口設備植入恆河猴進行打乒乓遊戲的實驗。”腦虎科技聯合創始人兼CEO彭雷透露，通過信息解碼，腦機接口設備可以早於恆河猴動作本身提前獲取它將如何操作手柄，並且在拔掉手柄控制线後實現它“腦控”遊戲，其中，解碼准確性上，預測軌跡和真實軌跡相關性達到85%以上，而延遲性則控制在30ms以內，並且連續14天實現穩定連續解碼。

恆河猴實驗顯示，通過全套的自研設備，可實時採集256通道的皮層腦電信號，完成恆河猴運動意圖的連續解碼，並利用實時解碼數據讓猴子通過意念控制繼續遊戲，達到“腦控”效果，這是邁向臨牀實驗的第一步。

除了7歲的恆河猴“悟空”完成了腦機接口的電極植入手術，成功實現通過意念打遊戲的實驗效果，還有一條2歲的拉布拉多犬“尼奧”，也進行了電極植入手術，並成功實現運動解碼。“我們要預測尼奧的腿部運動軌跡和腦電解碼出來的軌跡之間的相關性。”彭雷說。

同樣也是通過256通道皮層電極，植入在尼奧的初級運動M1區，並在尼奧的腿部關節綁了九軸傳感器，實驗結果顯示，預測軌跡和真實軌跡相關性達到80%以上，延遲性同樣控制在30ms以內。

犬類實驗中的運動軌跡高精度解碼，已成功完成了多模態信號採集及復雜系統建模，實時解碼實現腦電控制，未來將在醫療、軍事等領域有更多的應用場景。

這是腦虎科技最近取得的兩項科研成果，今年以來，團隊還陸續進行了3例臨牀科研下的患者人體試驗。

比如其中一例是將皮層電極用於患者術中的語言解碼，這是一位44歲的女性患者，腦部放入了256通道的高密度柔性電極，記錄患者在發音過程中的腦電信號。“國外有很多科學家做過語言解碼的探索，都採用英語，這次我們的實驗採用漢語，因爲在漢語中，四聲音調會很明顯地影響所要表達的意思，但英語中音調並沒有那么重要，通過語言解碼實驗，研究不同的音調發音在腦部語言區的工作方式。”彭雷解釋。

人體試驗近在眼前

腦機接口聽起來很科幻，但是它背後的原理其實是非常樸素的，徐敏鵬解釋說，大腦每時每刻都在產生思維意圖，其背後的物質基礎就是神經活動，神經活動會產生神經信號，如果能夠用算法將其解碼出來，就能夠實現意圖的識別。

根據電極放置的位置不同，腦機接口分成侵入式腦機接口和非侵入式腦機接口。侵入式腦機接口需要做开顱手術，把電極埋到腦部，優點是能夠獲得高質量的信號，但是手術會帶來一定的風險；非侵入式腦機接口是將電極和傳感器放置在頭皮表面，它的優勢是安全、無創、低成本，可監測大規模的神經活動，但是由於電極和目標神經元離得較遠，所以獲取到的信號非常微弱、模糊，爲後續解碼帶來巨大挑战。

彭雷透露，不久前，埃隆·馬斯克的Neuralink公司獲得了美國FDA的批准，可以對人體進行首次臨牀試驗。從正面來看，這有可能改變醫學領域和人類社會，爲阿茨海默症、帕金森氏症、癲癇等數以億計的患者帶來福音。同時，也面臨着許多挑战和風險，比如如何確保植入式設備的安全性、穩定性、耐久性、可靠性，如何保護用戶的隱私、自主權、身份等。“Neuralink做了八年,花了3億美元，才允許首次臨牀試驗。這種技術路线的躍遷需要深厚的技術積累，而且法規和倫理的要求也非常嚴格，但這對整個行業是重大的利好和加速。”

以馬斯克爲代表的柔性電極系統，用MEMS技術來做高通量電極，能夠實現從幾十通道到上千通道、到未來上萬通道的跨越，腦虎選擇了跟馬斯克一樣的技術路线來做柔性電極。

柔性電極是最長期可持續的路徑，論壇上，彭雷介紹了腦虎科技近期得兩項學術成果，分別是“絲蛋白神經光電極”實現大腦神經解析與調控和“類蚊口器仿生柔性神經探針電極”實現硬腦膜外微創植入。

“絲蛋白神經光電極”是用蠶絲蛋白做的光纖，在一定強度之內的光耗控制得非常好，植入的時候比較硬，但是放入體內之後就會變軟，還能夠支持128通道的信號採集。“因爲它的硬度是可變化的，植入之前比較硬，能夠插入腦組織，插入之後它水化，剛度會慢慢變軟，對於在腦組織這么脆弱的環境裏面，柔軟的電極是非常重要的。”

向“消費級”進軍

7月5日晚，歌手李玟因抑鬱症離世消息傳遍全網，一時間，抑鬱症又受到全社會的關注。

在上海市精神衛生中心院長趙敏看來，心理精神上是屬於腦疾病的一種，腦機智能、數字生命在精神心理健康當中具有非常廣泛的應用前景。“去年，我們獲批國家精神醫學中心以後，把人工智能和數字醫學、智慧醫療作爲重要發展方向。”趙敏說，精神科疾病包括比較難治的抑鬱、毒品成癮等，治療方法有侵入式的DBS深部腦調控技術以及非侵入式的磁治療、光治療、電治療等，但定位不精准，需要找到關鍵靶點，才能更好地幹預患者。

成爲消費級產品，一直是腦機接口業內的一大方向。在徐敏鵬看來，消費級的腦機接口產品目前主要的兩大技術問題：不自然的腦機交互方式和不友好的腦機硬件形態。“對於不自然的腦機交互方式，尤其是非侵入式腦機接口，科研人員投入了太多的注意力在傳統的三大腦機接口範式上面，但是三大腦機接口範式能力已經到天花板了，需要從原來的範式裏面跳出來，尋找更高效、更自然的腦機交互的通訊協議；不友好的腦機硬件形態，是指如果作爲一款消費級產品，如果用戶要帶一個體積龐大的腦電帽，肯定是不愿意的，因此一定要向微型化、即插即用的腦電採集裝置發展。”

《上海打造未來產業創新高地 發展壯大未來產業集群行動方案》指出，到2030年，在未來健康、未來智能、未來能源、未來空間、未來材料等領域湧現一批具有世界影響力的硬核成果、創新企業和領軍人才。在上海加速布局的未來健康產業集群中，“腦機接口”位居首位，引發市場高度關注。

目前腦機接口技術依然如一個襁褓中的嬰兒，還處在成長期。

腦機接口三大亟待突破的問題是高通量、創口和植入。“人類大腦有860個神經元，但現在腦機接口只有幾十通道上百通道的神經元採集和刺激，不能滿足精確解析大腦的要求，在這個領域裏，通道數一定要越來越高。”彭雷認爲。

去掉顱骨、硬腦膜，植入腦機接口，再縫合，這是一個相當大創傷的手術。未來，腦機接口的手術創傷一定會小到普通人都能接受。彭雷說：“當腦機接口植入的創傷能夠和做一個激光近視眼手術相近的時候，這個技術就有機會能夠普及了。”

當腦機接口植入腦部，植入的電極要跟生物體能夠共存，長期有效地記錄信號，這對材料、植入術式都有非常高的要求，植入的技術能力也是需要攻關的。

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標題：“心想事成”或成真，腦機接口有望成爲消費級產品

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