腦機(jī)接口創(chuàng)新前沿技術(shù) 腦機(jī)接口未來已來

未來已來？

腦機(jī)接口創(chuàng)新前沿技術(shù)

《黑客帝國》中，人類通過腦機(jī)接口與母體連接并維系溝通；電影《阿凡達(dá)》中，人類通過腦機(jī)接口控制“替身”（Avatar）的活動……如今，這些只存在于科幻電影中的情節(jié)正一步步走進(jìn)現(xiàn)實。

馬斯克創(chuàng)辦的腦機(jī)接口公司Neuralink發(fā)布的視頻中，一只猴子用它的大腦意念玩游戲。針對這項研究，馬斯克表示，Neuralink的設(shè)備將可以讓癱瘓患者用意念玩手機(jī)

去年12月初，馬斯克的腦機(jī)接口公司Neuralink展示了最新的實驗成果——猴子打字?？蒲腥藛T讓猴子通過屏幕和植入大腦的傳感設(shè)備來追蹤屏幕上的移動光標(biāo)，拼出了“Can I please have snacks”（我能吃點(diǎn)零食嗎？）的英文短句。猴子全程和鍵盤沒有物理接觸，馬斯克稱，它在用意念移動光標(biāo)。

從小鼠到豬再到如今的猴子，Neuralink公司有望在未來5-6個月內(nèi)進(jìn)行人腦試驗。

實際上，腦機(jī)接口作為人腦與外界（計算機(jī)或其他外部裝置）實現(xiàn)連接進(jìn)行直接通信的“黑科技”，已經(jīng)成為資本追捧和科技巨頭爭搶的風(fēng)口。不僅僅是馬斯克的Neuralink公司，華為、谷歌、Meta等海內(nèi)外大型科技公司均在這一領(lǐng)域有所布局。

去年12月15日，盛大集團(tuán)和天橋腦科學(xué)研究院創(chuàng)始人陳天橋投資的腦機(jī)接口公司Synchron獲得蓋茨和貝索斯旗下資本投資，將啟動一項關(guān)鍵的臨床試驗。一旦美國FDA的關(guān)鍵實驗成功，其設(shè)備預(yù)計最快能在2024年獲得商業(yè)批準(zhǔn)并正式上市。此前，該公司已經(jīng)于去年7月份首次在美國患者身上實施了（之前四例在澳大利亞的病人身上進(jìn)行)人體腦機(jī)接口植入手術(shù)。

Strentrode BCI 血管內(nèi)運(yùn)動神經(jīng)假體系統(tǒng)示意圖

同一階段，麥肯錫（McKinsey）預(yù)測，未來10到20年，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生多達(dá)2000億美元的經(jīng)濟(jì)價值。

在中國，腦機(jī)接口領(lǐng)域也得到了政策的大力支持。我國在“十三五”規(guī)劃綱要中將“腦科學(xué)與類腦研究”列為“科技創(chuàng)新2030重大項目”。中國腦計劃分為兩大重要方向：以探索大腦秘密并攻克大腦疾病為導(dǎo)向的腦科學(xué)研究和以建立并發(fā)展人工智能技術(shù)為導(dǎo)向的類腦研究。

而腦機(jī)接口是腦科學(xué)和類腦智能研究的重要方向，已上升為國家的科技戰(zhàn)略重點(diǎn)和力推的核心科技發(fā)展領(lǐng)域。

截至2022年4月，從五年內(nèi)全球在腦科學(xué)相關(guān)的論文發(fā)表量與專利申請量來看，腦科學(xué)研究陣營也逐漸從美歐兩強(qiáng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槊罋W亞三足鼎立的局面。目前中國在該領(lǐng)域的論文發(fā)表數(shù)量已經(jīng)緊隨西方大國之后，專利申請量上僅次于美國，已經(jīng)躋身腦科學(xué)大國的行列。

2022年9月，上海市印發(fā)的《上海打造未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來產(chǎn)業(yè)集群行動方案》提出，加速非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)、腦機(jī)融合技術(shù)、類腦芯片技術(shù)、大腦計算神經(jīng)模型等領(lǐng)域突破。探索腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動障礙、慢性意識障礙、精神疾病等醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

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在科創(chuàng)高地張江，也有一些公司正在進(jìn)行腦機(jī)接口的商業(yè)化嘗試。國內(nèi)首款介入式腦機(jī)接口完成動物試驗

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2022年6月底，心瑋醫(yī)療與南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授段峰團(tuán)隊聯(lián)合研發(fā)的國內(nèi)首款介入式腦機(jī)接口成功完成動物試驗。

這項試驗是國內(nèi)首次在羊腦內(nèi)實現(xiàn)介入式腦機(jī)接口，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導(dǎo)管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機(jī)接口對腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端，填補(bǔ)了國內(nèi)介入式腦機(jī)接口領(lǐng)域空白，對推動我國腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

國內(nèi)首次在羊腦內(nèi)實現(xiàn)介入式腦機(jī)接口，此次試驗的介入式腦機(jī)接口由南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授段峰科研團(tuán)隊牽頭，與上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合研發(fā)

而從技術(shù)角度來看，腦機(jī)接口大致分為侵入式、非侵入式和介入式三大類。侵入式腦機(jī)接口需要通過開顱手術(shù)或者鉆透顱骨將腦電傳感器植入腦內(nèi)，可能會導(dǎo)致患者大腦的長期炎癥。非侵入腦機(jī)接口雖然對人沒有傷害，但是腦電信號微弱，識別準(zhǔn)確率和實時性受限。

此番聯(lián)合研發(fā)的介入式腦機(jī)接口技術(shù)只需要通過類似心臟搭橋的微創(chuàng)手術(shù)便可實現(xiàn)腦機(jī)連接。團(tuán)隊采用治療中風(fēng)的神經(jīng)介入技術(shù)，通過靜脈將腦電傳感器植入大腦運(yùn)動皮層、視覺皮層等腦區(qū)后，神經(jīng)支架膨脹，將電極擠壓在靠近大腦的血管壁上，從而獲取相應(yīng)腦區(qū)信號。這一技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要顱骨鉆孔或開顱手術(shù)即可獲得腦電信號，整個手術(shù)植入過程可在兩小時內(nèi)完成。動物試驗最終在羊腦血管內(nèi)完成了傳感器植入，并成功采集到了腦電信號。

此次在動物腦內(nèi)開展的介入式腦機(jī)試驗研究，在改善因腦、脊髓、周圍神經(jīng)或肌肉功能障礙引起的嚴(yán)重癱瘓患者的功能獨(dú)立性，以及治療癲癇、睡眠障礙、帕金森病等疾病方面具有重要意義，未來市場前景廣闊。此次試驗的成功，也標(biāo)志著我國在腦機(jī)接口、介入機(jī)器人研究領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

全球首款腦機(jī)軟體手功能康復(fù)機(jī)器人

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2021年11月，張江創(chuàng)新醫(yī)療器械企業(yè)司羿智能推出全球首款腦機(jī)軟體手功能康復(fù)機(jī)器人SY-HR08P，這也是目前康復(fù)醫(yī)療器械中最高端產(chǎn)品之一。

司羿智能研發(fā)的腦控手功能康復(fù)機(jī)器人SY-HR08P 對于康復(fù)醫(yī)學(xué)及康復(fù)智能設(shè)備的發(fā)展,具有里程碑式的意義

此前，大多康復(fù)機(jī)器人都是不斷地讓局部肌體的肌能通過運(yùn)動訓(xùn)練康復(fù)到正常狀態(tài)，再把正常的動作信號通過中樞神經(jīng)反饋給大腦，加快大腦重塑。但是，這種“自下而上”的刺激周期長，治療效果也難以令人滿意。

司羿智能利用腦機(jī)接口直接對患者的大腦進(jìn)行刺激，實現(xiàn)了“自上而下”的神經(jīng)重塑。他們的這款產(chǎn)品通過監(jiān)測患者大腦信號，對這些信號進(jìn)行分析，以確定患者手的意圖，并將信號轉(zhuǎn)換為外骨骼機(jī)械手的運(yùn)動，從而使偏癱的手恢復(fù)運(yùn)動功能，讓患者100%投入主動康復(fù)訓(xùn)練，加快神經(jīng)康復(fù)。

智能仿生手、無線腦電圖機(jī)落地

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傲意科技成立于2015年，是國際領(lǐng)先的腦機(jī)接口、肌電神經(jīng)科學(xué)人工智能企業(yè)，團(tuán)隊專注于人體生物電傳感器技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識別算法、肌電手勢識別技術(shù)的研發(fā)，為客戶提供高性價比的康復(fù)醫(yī)療技術(shù)解決方案。

OHand，傲意獨(dú)立研發(fā)的智能仿生神經(jīng)義肢

智能仿生手是傲意科技的拳頭產(chǎn)品，采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“感(傳感器)、知(AI人工智能)、動(精密機(jī)械傳動)”三大底層核心技術(shù)，實現(xiàn)了高端假肢手的國產(chǎn)替代。這款仿生手由280多個零件構(gòu)成，每個手指可獨(dú)立運(yùn)動，通過用戶自己的意圖控制，模擬人手實現(xiàn)抓、握、捏等多種動作，可保證殘疾人在使用過程中的穩(wěn)健耐用和實現(xiàn)動作的多樣性。

無線腦電圖機(jī)是公司自主研發(fā)的另外一款無線可穿戴腦電設(shè)備，具備便攜性好、數(shù)據(jù)傳輸高效、信號穩(wěn)定、靈敏度高等特點(diǎn)。該產(chǎn)品內(nèi)含64路高精度傳感器，配備腦電圖機(jī)專用軟件，擁有高效的數(shù)據(jù)處理能力，適用于腦損傷患者神經(jīng)康復(fù)和日常助力的神經(jīng)控制上肢外骨骼設(shè)備。

作為一家極具價值的腦機(jī)接口公司，傲意科技旗下的產(chǎn)品聚焦神經(jīng)損傷以及神經(jīng)重塑醫(yī)療解決方案，有效形成從中樞到外圍的治療效果，適用于腦卒中、腦外傷、腦癱以及外周神經(jīng)損傷的患者。

作為下一代人機(jī)交互前沿技術(shù)，腦機(jī)接口近年來在國內(nèi)受到政策的重點(diǎn)關(guān)注。有業(yè)內(nèi)人士表示：“未來的腦機(jī)接口設(shè)備可能會致力于還原人體的觸覺等感知模塊，但仍然需要進(jìn)一步地研究和實驗。”如何實時、有效地將大腦意圖轉(zhuǎn)換為控制外部設(shè)備的指令是制約腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，也是當(dāng)今世界人工智能領(lǐng)域亟待攻克的難題，是公認(rèn)的新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的關(guān)鍵核心技術(shù)。

當(dāng)前，腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以通過解析大腦里的想法來幫助患者“打字”交流。隨著人機(jī)交互技術(shù)的深入發(fā)展，特別是混合現(xiàn)實、元宇宙等新技術(shù)場景需求的不斷涌現(xiàn)，腦機(jī)接口這一借助計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)人腦與計算機(jī)的混合的新興技術(shù)，將在未來給我們帶來前所未有的全新體驗。

編輯：黃飛

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