脑机接口技术新突破!我国科学家自主研发,首次实现(图)

据新华社4月26日消息，颅内植入一片牵着柔软细丝的小小薄膜，绑住双手的猴子就能仅用“意念”控制机械臂，抓住“草莓”。这是4月25日亮相2024中关村论坛的一幕。我国科学家自主研发的“北脑二号”，填补了国内高性能侵入式脑机接口技术的空白，并在国际上首次实现猕猴对二维运动光标的灵巧脑控。 脑机接口，大脑与外界设备沟通交流的“信息高速公路”，是新一代人机交互与人机混合智能的前沿技术。“简言之，就是捕捉大脑电信号的微妙变化，解码大脑意图，实现‘意念’控制‘动作’，不动手也能隔空操控机器。”北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏说。


图片来源：视觉中国 脑机接口的性能，核心在于脑电信号捕捉的清晰度、转化的精准度。前者靠电极，后者靠算法。 “北脑二号”的高性能，归功于我国自研的3个核心组件：高通量柔性微丝电极、千通道高速神经电信号采集设备两个硬件，以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法。 电极，相当于一个“传感器”。植入脑内，“读取”脑电信号，其性能决定着捕捉脑信号的数量与质量。 北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园介绍，“北脑二号”采用的柔性材料生物相容性高、无细胞毒性，能在电极丝上做出大量触点，通道数高，信号捕捉能力强。


这是一片晶圆，上面整齐排布有两列共计数十个电极。（图片来源：新华社 张漫子 摄） 近距离观察，这个电极又小又薄，牵出的电极丝直径只有头发丝的十分之一到百分之一，丝上布满大量触点，需在显微镜下才能看清。这一设计能极大降低对脑组织的损害，延长捕捉脑电信号的时间。 “它的有效通道数、长期稳定性，均达国际领先水平。不同于硬质电极，柔性微丝电极植入猕猴脑内一年后，仍能精确采集到脑电信号。”李园说。 算法，相当于一个“翻译官”，把大脑意图精准解析出来。“北脑二号”应用的算法是国内自研，能在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。 “脑机接口比拼的是安全、稳定、有效，这是一个系统性工程。”罗敏敏说，脑机接口链路长，涉及电极、芯片、算法、软件、材料等多环节，关键技术有待进一步突破。


图片来源：央视新闻 （图文无关） 据央视新闻，4月23日，浙江大学脑机接口团队的最新研究成果在浙江大学医学院附属第二医院发布。据了解，其最新研究首次实现汉字书写脑机接口，成功实现了侵入式脑机接口控制机械臂书写汉字。据浙江大学医学院附属第二医院神经外科主任医师张建民介绍，此前已有国外团队实现了英文字母的书写，但是汉字与英文相比，难度更大。 “汉字的书写在偏旁、部首、笔顺等方面有很多讲究，甚至笔画长一点或是短一点，也有可能完全是两个字，而且国外也不会有团队研究汉字，我们没有参照，所以此次对于汉字的成功解码是非常重要的一环，也是脑机接口研究的一个非常关键的突破。”张建民说。 目前，浙江大学脑机接口团队突破了汉字书写的特殊编码机制，在此基础上发展了汉字书写轨迹解码新技术，在离线状态下100个常用汉字的分类正确率达到了91.3%，在语言模型辅助下，正确率可提高至96.2%。 另据央视新闻此前消息，在患者聚精会神注视下，一个红色小球向着屏幕另一端的蓝色小球缓慢移动、接近、重合——这不是科幻电影中的场面。首都医科大学附属北京天坛医院神经外科贾旺教授团队联合清华大学洪波教授团队，利用微创脑机接口技术首次成功帮助高位截瘫患者实现意念控制光标移动，这意味着我国在脑机接口领域取得新突破。 患者是一名35岁的青年男性，5年前因意外事故导致颈椎高位截瘫，完全失去自理能力。去年12月19日，由贾旺团队为患者成功实施微创无线脑机接口植入手术，将微型脑机接口处理器植入患者颅骨中，并成功采集到脑膜外的感觉运动脑区神经信号。术后第10天患者顺利出院。 贾旺介绍，患者居家后，研究团队通过远程指导，对其进行无线脑机接口辅助康复训练。系统通过体外机隔着患者头皮为体内机无线供电，实现神经电生理数据传输，并把脑电信号翻译成外部设备的控制指令。经过近两个月康复训练，患者不但可通过意念活动驱动气动手套抓握水瓶，还可控制电脑屏幕上的光标移动。 “红球‘追’上蓝球，看似简单的动作意味着患者与科技电子产品通过脑机接口实现交互。”贾旺说，能实现这样的功能，得益于电极的精准定位植入以及神经电生理信号的高效传输和准确解码。 洪波介绍，目前团队正不断优化脑机接口解码算法，计划帮助患者实现通过意念活动控制电子书翻页、光标点击确认等，增强患者与电子设备的交互能力。“微创无线脑机接口的成功植入及意念控制光标的实现，有望为高位截瘫、肌萎缩侧索硬化等神经功能障碍患者提供全新的康复治疗方向，为患者恢复生理功能、回归社会带来新的希望。” 事实上，在脑机接口技术不断发展和应用的同时，很多国家也在加紧制定相关的管理措施。此前，科技部便公布了我国首部《脑机接口研究伦理指引》，明确脑机接口研究应适度且无伤害，研究的根本目的是辅助、增强、修复人体的感觉－运动功能或提升人机交互能力，提升人类健康和福祉；在尚未妥善处理各种风险的情况下，不应贸然开展相关技术应用，最小化对人类造成的负面影响。余山认为，脑机接口技术在合理规范管理之下，将有广阔的应用前景。