用意念下象棋！脑机接口快速发展 “人机共生”照进现实

来源(láiyuán)：央视新闻客户端 作为国家布局的未来产业，脑机接口虽然还处于(chǔyú)起步阶段，不过近年来发展势头迅猛，正在加速从实验室走向临床应用，“人机共生”照进现实。 脑机接口是(shì)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(yīliáo)健康、交流沟通、生活娱乐(yúlè)等方面，特别是改善失能(shīnéng)疾病患者的运动(yùndòng)、交流、感知功能。 近日，中国(zhōngguó)科学院脑科学与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(shǒulì)侵入式脑机接口的前瞻性临床试验。该成果标志着我国在侵入式脑机接口技术上成为继美国之后，全球第二个(dìèrgè)进入临床试验阶段(jiēduàn)的国家。 画面中正在通过脑控(nǎokòng)、玩赛车游戏(yóuxì)的(de)男性，就是我国首例侵入式脑机接口临床试验的受试者，自今年3月植入脑机接口设备以来，系统运行稳定。在这次的临床试验中，受试者首先训练对电子设备(diànzishèbèi)的控制，仅用2-3周(zhōu)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(gōngnéng)，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(gè)月的时间尝试对机械臂、轮椅等智能设备进行控制，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(zhírù)是(shì)整个手术成功的关键，科研团队采用了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(wèizhì)的精确性，最大(zuìdà)限度地保证了安全性和有效性。 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有(yǒu)至少20年的(de)历史，也从以前的硅基硬(jīyìng)电极发展到了现在的柔性(róuxìng)电极，全球范围内仅有少数机构掌握(zhǎngwò)其核心技术。在中国脑计划项目的支持下，中国科学院脑科学与智能技术卓越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(láikàn)记者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(de)就是世界最(zuì)小的侵入式脑机接口(jiēkǒu)的系统，尤其最神奇的是它的下面可以(kěyǐ)看到飘逸的部分(bùfèn)，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(nǎozǔzhī)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，它上面的结构其实非常的复杂，每一个电极上前端都有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。 与此前世界上唯一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，我国科学家研制(yánzhì)生产的植入体直径(zhíjìng)26mm、厚度不到6mm，只有硬币大小，其最前端植入脑组织(nǎozǔzhī)内部的神经(shénjīng)电极(diànjí)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(qiánzhě)的1/5到1/7，柔性超过其百倍，让脑细胞几乎(jīhū)意识不到旁边有异物，最大程度上降低了对脑组织的损伤。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(nǎojī)接口系统实时在线解码 要让植入式脑机接口系统快速完成神经信号的读取、理解，并发送控制指令，实时(shíshí)在线解码是一项非常关键的技术环节。那么(nàme)？这个实时的速度究竟有多快？整个脑机接口的工作流程又是怎样(zěnyàng)呢？ 科研人员介绍，植入式脑机接口系统目前可以把(bǎ)延时控制在50个毫秒，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(rìcháng)使用过程中能有很好的感受(gǎnshòu)。 中(zhōng)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)要实现准确高速实时的解码，就需要对于患者进行一个训练。这个训练是(shì)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)(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，让它去准确地控制一个光标，但(dàn)这只是实现了一个映射的关系，但这个映射关系怎么样高速地，而且(érqiě)对抗环境的变化，对抗他大脑活动可能这一次跟(gēn)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(tiáozhěng)它内部的参数，从而使得(shǐde)它最终呈现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)首例侵入式脑机接口临床试验(línchuángshìyàn)外，几天(jǐtiān)前《科学》期刊的最新研究成果显示，我国科学家还通过(tōngguò)脑机接口使失明动物恢复视觉功能。与此同时，华中科技大学同济医院启用华中地区首个脑机接口门诊(ménzhěn)，我国首个脑机接口临床与转化病房也于今年5月在北京天坛医院成立。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(yǒu)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，只需将采集信号的(de)电极附于患者颅骨(lúgǔ)外的头皮上(shàng)。该技术路径对于患者来说(láishuō)风险(fēngxiǎn)小、安全性高，但由于人体颅骨的遮蔽效应，这种方式所获取的神经信号精度不够高，能实现的功能受到较大限制，主要应用于以监测和辅助改善为目的的消费医疗场景中。 半侵入式脑机接口技术则是将电极植入颅腔(lúqiāng)，置于大脑皮层表面进行(jìnxíng)信号采集。这种方式(fāngshì)需要对患者进行开颅手术，所采集信号质量优于非侵入式，目前主要(zhǔyào)被用于定位脑部病灶的临床诊断，有望应用在癫痫等疾病的诊断治疗中。 侵入式脑机(nǎojī)接口技术是将(jiāng)电极直接植入到大脑皮层中，可直接接触到神经元细胞，实现对高质量的(de)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(jìlù)与刺激精度，这一技术在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(kěnéng)在未来实现我们认为的科幻脑机接口场景(chǎngjǐng)，改变人与外界的通信方式。 脑机接口 未来(wèilái)已来 通过侵入式脑机接口，未来还有可能服务哪些患者？除了控制手机、电脑外，将来还能用意念(yìniàn)控制哪些设备？未来脑机接口发展的方向如何(rúhé)？又(yòu)会给我们带来哪些意想不到呢？ 复旦大学(fùdàndàxué)附属华山医院神经外科脑功能及术中电生理室副(fù)主任 路俊锋(lùjùnfēng)：这项脑机接口的技术，除了应用于我们的脊髓损伤(sǔnshāng)的患者以外，未来还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(zhàngài)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(dāngzhōng)去获益。 据介绍，科研团队下一步将尝试让(ràng)受试者使用机械臂，在生活中完成抓握(zhuāwò)、拿杯子等操作，后续还将涉及对(duì)机器狗、机器人等复杂外接设备进行控制，从而满足更多生活需求。 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员(yánjiūyuán) 赵郑拓：现在只是光标，只是一个机械臂，两个自由度三个自由度，未来比如说像(xiàng)智能机器人的(de)控制，人形机器人有几十个控制自由度，就需要我们在大脑中采样的范围，采样的神经元数量，进一步地提升，那样我们才可以(kěyǐ)编码(biānmǎ)这么复杂(fùzá)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(qǐng)在应用市场下载“央广网”客户端(kèhùduān)。欢迎提供新闻线索，24小时报料热线400-800-0088；消费者(xiāofèizhě)也(yě)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(shòuquán)不得转载。转载请联系：cnrbanquan@cnr.cn，不尊重原创的行为我们将追究责任。