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(yāngshì)新闻客户端 作为国家布局的(de)未来产业，脑机(nǎojī)接口虽然还处于起步阶段，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(rénjī)共生”照进现实(xiànshí)。 脑机接口是在大脑(dànǎo)与(yǔ)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、生活娱乐等方面，特别是改善失能疾病患者的运动、交流、感知功能。 近日，中国科学院脑科学与(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(de)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(zhīhòu)，全球第二个进入临床试验阶段(jiēduàn)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(nǎojī)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(duì)电子设备的控制，仅用(jǐnyòng)2-3周的训练，实现了在手机、平板、电脑上(shàng)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(xiāngjìn)的水平。下一步将利用3-6个月的时间尝试对机械臂、轮椅等智能设备进行(jìnxíng)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，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(rénnǎo)运动皮层的详细(xiángxì)功能地图(dìtú)，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。 记者探访中国科学院脑智卓越(zhuóyuè)中心 侵入式脑机(nǎojī)接口已经有至少20年的历史(lìshǐ)，也(yě)从以前的硅基硬电极(diànjí)发展到了现在的柔性电极，全球范围内仅有少数机构掌握其核心技术(héxīnjìshù)。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(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)就是世界最小的侵入式脑机接口的系统(xìtǒng)，尤其最神奇的是它的下面可以看到(dào)飘逸(piāoyì)的部分，就是它的电极最前端的5到8毫米(háomǐ)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(shàng)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(qián)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(jiēkǒu)系统相比，我国科学家研制生产的植入(zhírù)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内部的神经电极(diànjí)是目前全球最小尺寸、柔性最强的神经电极，截面积仅为(jǐnwèi)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(nǎojī)接口系统快速完成神经信号(xìnhào)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(jìshù)环节。那么？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呢？ 科研人员介绍，植入式脑机接口系统目前可以把延时控制在50个(gè)(gè)毫秒，也就是在50个毫秒内完成神经信号的特征提取、运动意图解析，并(bìng)发出控制指令，从而尽量让患者在日常使用过程中能(zhōngnéng)有很好的感受。 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：我们要实现准确高速(gāosù)实时的解码，就(jiù)需要对于(duìyú)患者进行一个(yígè)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(zài)(zài)运动区，让患者去想象他对于自己手臂的移动，映射到光标(guāngbiāo)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，但这只是实现了一个映射的关系(guānxì)，但这个映射关系怎么样(zěnmeyàng)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(nèibù)的参数，从而使得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首例(shǒulì)侵入式脑机接口(jiēkǒu)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(kēxuéjiā)还通过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(huázhōngkējìdàxué)同济医院启用华中地区首个脑机接口门诊，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(fēi)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(cǎijí)信号的(de)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，但由于人体颅骨的遮蔽效应，这种方式(fāngshì)所获取的神经信号精度不够高，能实现的功能受到较大(jiàodà)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，置于大脑皮层表面进行信号采集。这种方式需要对患者(huànzhě)进行开颅手术，所采集信号质量(zhìliàng)优于非侵入式，目前主要被用于定位脑部(nǎobù)病灶的临床诊断，有望应用在癫痫等疾病的诊断治疗中(zhōng)。 侵入式脑机(nǎojī)接口技术是将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与刺激精度(jīngdù)，这一技术在药物难治性神经系统疾病治疗、运动感觉(gǎnjué)等功能障碍修复(xiūfù)、失明失聪治疗等方面，具备很高的临床应用潜力。同时，也(yě)最有可能在未来实现我们认为的科幻脑机接口场景，改变人与外界的通信方式。 脑机接口 未来(wèilái)已来 通过侵入(qīnrù)式脑机接口，未来还(hái)有可能服务哪些患者？除了控制手机、电脑外，将来(jiānglái)还能用意念控制哪些设备？未来脑机接口发展的方向如何？又会给我们带来哪些意想不到呢？ 复旦大学附属华山医院神经外科(shénjīngwàikē)脑功能及术中电生理室副主任 路俊锋：这项(zhèxiàng)脑机接口的(de)(de)技术，除了应用于我们的脊髓(jísuǐ)损伤的患者以外，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(yùndòng)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(děng)操作，后续(hòuxù)还将涉及对机器狗、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(nǎokēxué)与智能技术卓越创新中心研究员 赵郑拓：现在只是(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(xiàng)智能机器人的控制，人形(rénxíng)机器人有几十个(jǐshígè)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，那样我们才可以编码这么复杂的外部设备，才可以给(gěi)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(xiàzài)“央广网(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(yě)可通过央广网“啄木鸟消费者投诉(tóusù)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(bùdé)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。