用意念下象棋！脑机接口快速发展 “人机共生”照进现实

来源：央视新闻(xīnwén)客户端 作为国家布局的未来产业，脑机接口虽然还(hái)处于起步阶段，不过近年来(jìnniánlái)发展势头迅猛，正在加速从实验室走向临床(línchuáng)应用，“人机共生”照进现实。 脑机接口是在大脑与外部设备之间创建信息通道，实现两者之间直接信息交互的新型交叉技术，主要应用在医疗健康、交流沟通、生活(shēnghuó)娱乐(yúlè)等方面，特别是改善失能疾病患者(huànzhě)的运动、交流、感知功能。 近日，中国(zhōngguó)科学院脑科学与(yǔ)智能技术卓越创新中心联合复旦大学附属华山医院与相关企业合作，成功开展了中国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验。该成果标志着我国(wǒguó)在侵入式脑机接口技术上成为(chéngwéi)继美国之后，全球第二个进入临床试验阶段的国家。 画面中正在通过脑控、玩赛车(sàichē)游戏的男性，就是我国首例侵入式脑机接口临床试验的受试者(shòushìzhě)(shòushìzhě)，自今年3月植入脑机接口设备以来，系统运行(yùnxíng)稳定。在这次的临床试验中，受试者首先训练对电子设备的控制(kòngzhì)，仅用2-3周的训练，实现了在手机、平板、电脑上操控光标，完成下象棋、玩赛车游戏等功能，达到了跟普通人控制电脑触摸板相近的水平。下一步将利用3-6个月的时间尝试对机械(jīxiè)臂、轮椅等智能(zhìnéng)设备进行控制，帮助受试者在现实生活中完成抓握等操作。 据专家介绍，精准定位和植入是整个手术成功的关键(guānjiàn)，科研团队采用了(le)功能磁共振成像联合CT影像技术、重构了受试者专属三维模型与人脑运动皮层的详细功能地图，以确保植入位置的精确性，最大限度地保证(bǎozhèng)了安全性和有效性(yǒuxiàoxìng)。 记者(jìzhě)探访中国科学院脑智卓越中心 侵入式脑机接口已经(yǐjīng)有至少20年的历史，也从以前的硅基硬电极发展到了现在的柔性电极，全球(quánqiú)范围(fànwéi)内仅有少数机构掌握其核心技术。在中国脑计划(jìhuà)项目的支持下，中国科学院脑科学与智能技术卓越(zhuóyuè)创新中心实现创新突破，让我国成为全球第二个进入侵入式脑机接口临床试验阶段的国家。这个脑机接口究竟有何特点？柔性电极有多神奇？继续来看记者(jìzhě)在中国科学院脑智卓越中心的探访报道。 总台央视记者 帅俊全：现在我手里拿的就是世界最(zuì)小的侵入式脑机接口的系统，尤其最神奇的是它的下面可以看到(dào)(dào)飘逸的部分，就是它的电极最前端的5到8毫米部分是要接入到脑组织内部的，虽然看起来只有头发丝的1%大小，但是可以看到放大之后，它上面的结构其实(qíshí)非常的复杂，每(měi)一个电极上前端都(dōu)有32个传感器，可以精细地去捕捉脑组织内部神经细胞的微弱活动。 与此前世界上(shàng)唯一(wéiyī)进入临床试验阶段的马斯克创办企业的侵入式脑机接口系统相比，我国科学家(kēxuéjiā)研制生产的植入体直径26mm、厚度不到6mm，只有(zhǐyǒu)硬币大小，其(qí)最前端植入脑组织内部的神经电极是目前全球最小尺寸、柔性最强的神经电极，截面积仅为前者的1/5到1/7，柔性超过其百倍，让脑细胞几乎意识不到旁边(pángbiān)有异物，最大程度上降低(jiàngdī)了对脑组织的损伤。临床试验前，该超柔性神经电极已相继完成在啮齿类、非人灵长类脑中的长期植入和稳定记录验证。 50毫秒！脑机接口系统实时在线(zàixiàn)解码 要让植入式脑机接口(jiēkǒu)系统快(kuài)速完成神经信号的读取、理解，并发送控制指令，实时在线解码是一项非常关键的技术环节。那么？这个实时的速度(sùdù)究竟有多快？整个脑机接口的工作流程又是怎样呢？ 科研人员介绍，植入式脑机接口(jiēkǒu)系统目前可以把延时控制在50个毫秒(háomiǎo)，也就是在50个毫秒内完成神经信号的(de)特征提取、运动意图解析，并发出控制指令，从而尽量让患者在日常使用过程中能有(yǒu)很好的感受。 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员 赵郑拓：我们(wǒmen)(wǒmen)要实现(shíxiàn)(shíxiàn)准确(zhǔnquè)高速实时的解码，就需要对于患者(huànzhě)进行一个训练。这个训练是什么？我们最初植入的脑区很关键。我们植入在运动区，让患者去想象(xiǎngxiàng)他对于自己手臂的移动，映射到光标的上下左右移动，我们通过解码它对于想象自己手臂移动的这些指令，让它去准确地控制(kòngzhì)一个光标，但这只是实现了(le)一个映射的关系，但这个映射关系怎么样高速地，而且对抗环境的变化，对抗他大脑活动可能这一次跟下次有差异。那么对抗这些我们开发人工智能神经网络驱动的算法，它可以在患者在实现这些控制的过程中，实时地调整它内部的参数，从而使得它最终呈现(chéngxiàn)在外部的控制上是稳定持续高效的。 脑机接口(jiēkǒu)应用场景逐渐丰富 除了刚刚介绍的我国(wǒguó)首例侵入式脑机(nǎojī)接口临床试验外，几天前《科学》期刊的最新研究成果显示，我国科学家还通过脑机接口使失明动物恢复视觉功能。与此同时(yǔcǐtóngshí)，华中科技大学同济(tóngjì)医院启用华中地区首个(shǒugè)脑机接口门诊，我国首个脑机接口临床与转化病房也于今年5月在(zài)北京天坛医院成立。脑机接口的快速发展，让应用场景不断丰富。那么，脑机接口究竟有哪些种类？各自又有哪些特点呢？ 非侵入式脑机接口，顾名思义就是无需对患者进行手术，只(zhǐ)需将采集信号的电极附于患者颅骨外的头皮上。该技术路径对于患者来说风险小、安全性高，但由于人体(réntǐ)颅骨的遮蔽效应，这种方式所(suǒ)获取的神经信号精度不够高，能实现的功能受到较大限制，主要应用于以监测(jiāncè)和辅助改善为(wèi)目的的消费医疗场景中。 半侵入(qīnrù)式脑机接口技术则是将电极植入颅腔，置于大脑皮层表面进行信号采集。这种方式需要对患者进行开颅手术，所采集信号质量优于(yōuyú)非侵入式，目前主要被用于(yòngyú)定位脑部病灶的临床(línchuáng)诊断，有望应用在癫痫等疾病的诊断治疗中。 侵入式脑机接口(jiēkǒu)技术是将电极直接植入到(dào)大脑皮层中，可直接接触到神经元(shénjīngyuán)细胞，实现对高质量的神经活动进行采集和精细调控。由于拥有单神经元级别的记录与刺激精度，这一技术在(zài)药物难治性神经系统疾病治疗、运动感觉等功能障碍修复、失明失聪治疗等方面，具备很高的临床应用潜力。同时，也最有可能在未来实现我们认为(rènwéi)的科幻脑机接口场景，改变(gǎibiàn)人与外界的通信方式。 脑机接口 未来已来(yǐlái) 通过侵入式脑机接口，未来还有可能服务哪些患者？除了控制(kòngzhì)手机、电脑外，将来还能用意念控制哪些设备(shèbèi)？未来脑机接口发展的(de)方向如何？又会给我们带来哪些意想不到呢？ 复旦大学附属(fùshǔ)华山医院神经外科脑功能及术中电生理室副主任 路俊锋：这项脑机接口的技术(jìshù)，除了应用于我们(wǒmen)的脊髓损伤(sǔnshāng)的患者(huànzhě)以外，未来还(hái)有可能会应用到比如说渐冻症，比如说各类的脑卒中的患者，当然不光局限在我们的运动功能的障碍患者身上，还包括在我们的这些失语症，语言功能障碍的患者身上，他们将来也可以从这项技术当中去获益。 据介绍，科研团队下一步将尝试让受试者使用机械臂，在生活中(zàishēnghuózhōng)完成抓握、拿杯子等操作，后续还将涉及对机器狗、机器人等复杂外接设备进行控制，从而(cóngér)满足更多(duō)生活需求。 中国科学院脑科学与智能技术(jìshù)卓越创新中心(zhōngxīn)研究员 赵郑拓(zhàozhèngtuò)：现在(xiànzài)只是(zhǐshì)光标，只是一个机械臂，两个自由度三个自由度，未来比如说像智能机器人的控制，人形机器人有几十个控制自由度，就需要我们在大脑(dànǎo)中采样的范围，采样的神经元数量，进一步地提升，那样我们才可以编码这么复杂的外部设备，才可以给这些复杂外部设备的控制提供足够多的信息。 更多精彩资讯请在应用市场下载“央广网(yāngguǎngwǎng)(yāngguǎngwǎng)”客户端。欢迎提供新闻线索，24小时报料热线400-800-0088；消费者也可通过央广网“啄木鸟消费者投诉平台”线上投诉。版权声明：本文章版权归属央广网所有，未经授权不得转载(zhuǎnzǎi)。转载请联系：cnrbanquan@cnr.cn，不尊重原创(yuánchuàng)的行为我们将(jiāng)追究责任。