咱中国的“脑机接口”不比马斯克的差

　　人脑与机器大脑进行“感应对话”的想象正照进现实。最近,马斯克旗下的脑机接口公司,完成首例人类大脑侵入式脑机接口植入手术,且恢复良好。那么,我国脑机接口技术发展到哪一步了?被写入“未来产业”的脑机接口潜力几何?距离“意念控制”还有多远?

　　近日，清华大学科研团队公布了两个案例，两位高位截瘫患者分别通过无线微创脑机接口实现了意念控制光标移动、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢瘫痪14年来，第一次实现了“用手喝水”。

　　新突破

　　我国脑机接口技术帮截瘫患者“抓握自如”

　　1月30日,美国企业家马斯克宣布,其名下的脑机接口公司“神经连接”,成功完成了全球首例人体脑机接口芯片植入手术。这款产品名为“心灵感应”,当大脑植入设备后,只需意念就能控制手机、电脑等“几乎所有设备”。当地时间2月19日,马斯克又表示,移植者已能通过大脑意念移动鼠标,“总体来说,进展非常好”。

　　马斯克公司的新进展,将脑机接口话题推向新高潮。不少人好奇,中国在这一领域的发展情况如何?专家表示,目前我国在脑机接口方面掌握的技术并不逊色于马斯克。

　　1月31日,首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队宣布,已于2023年10月24日,成功进行了全球首例无线微创脑机接口临床试验,比马斯克公司早3个月完成。

　　相比马斯克此次只是公开了人体植入的消息,我国科研团队的进展更加具体：两枚硬币大小的脑机接口处理器,植入高位截瘫的杨先生颅骨中,经术后三个月康复训练,杨先生已实现自主喝水等脑控功能,抓握准确率超过90%,这是脑机接口技术的一项重要里程碑。

　　赵国光介绍,在人身上安装“脑机接口”的难点,在于既能采集信号,还要让信号“解码”语言、运动、意识,“这是挑战不可能”。

　　一只气动手套,套在杨先生手上,从大脑右侧感觉运动区的电极获取信号得知,老杨想移动右手。电脑“读懂”老杨的想法后,解码完成,指令传达到气动手套,协助老杨右手手指弯曲,抓住了矿泉水瓶。

　　在这场神秘的“脑机对话”中,只需250毫秒甚至更短时间,电脑就会快速“读懂”患者的想法,判断是抓握、保持还是松开,实现精准解读。这是如何实现的?

　　原来,老杨的脑部颅骨内埋有体内机,电极覆盖在大脑硬膜外。体外机隔着头皮给体内机供电,并接收脑内神经信号,传送到电脑或手机上,借助解码算法,实现脑机接口通信。

　　如何保护患者的隐私安全?科研团队在电源管理中设置了认证芯片,体内与体外机必须完成配对,才能启动人体内的信号采集系统。植入颅骨的体内机无需电池,患者可终身使用,手术10天后即可出院回家。

　　此外,35岁的截瘫患者小白，在去年12月接受了无线微创脑机接口植入手术，经过两个多月康复训练，目前他已经能够实现意念控制光标移动。医生介绍，通过脑机接口，可获取大脑运动区的神经信号，再通过解码体现患者的运动意图，从而实现“意念控制活动”。

　　新探索

　　采用半侵入式微创技术与马斯克的脑机接口方案不同

　　大脑信号从内到外可分为三个层次：神经细胞放电、颅内脑电、通过脑电帽采集的头皮外脑电波。

　　中科院自动化研究所脑图谱与类脑智能实验室主任余山介绍,所谓脑机接口,就是通过记录和解读大脑信号,实现脑机之间的直接通信,简单地说,就是在大脑和电脑之间架起一座“桥梁”,让它们能够互相“聊天”。

　　脑机接口的实现方式,分为非侵入式、半侵入式和侵入式。该技术主要分为两种方向：一种是读取大脑里的信号,从而去控制一个外部设备;另一种是将外部信息,编码成大脑能理解的信号,从而来调控大脑活动。马斯克公司的试验属于第一种。

　　此次清华大学团队采用的是半侵入式微创技术,将如硬币大小的电极,植入颅骨和大脑皮层之间的脑膜上,距神经元更近,但不直接接触神经元细胞。

　　赵国光教授解释,“目前,国内大部分脑机接口是非侵入式的,我们则进行了突破,首次进行了半侵入式脑机接口试验。相比马斯克将整个设备埋在颅内,我们的设备只有内机埋在颅骨内,电极覆盖在硬膜外,在保证颅内信号质量的同时,不破坏神经组织。”

　　洪波打了一个形象比喻：如果把大脑比作一个熟鸡蛋,剥开鸡蛋壳之后,还有一层白色保护膜,相当于大脑的硬脑膜,可以保护大脑环境不受外界干扰,细胞不受损伤。把电极放在硬脑膜上,将329个零件放在硬币大小的钛壳之中。两枚硬币大小的脑机接口,植入高位截瘫患者颅骨中,采集感觉运动脑区神经信号,实现手部抓握动作的解码。

　　“半侵入式方案置于脑洞之外,不会对脑细胞产生损伤,也不存在感染、免疫排斥等风险。”洪波介绍,相较而言,马斯克团队所采用的全侵入式脑机接口,在接入大脑皮层后,每一次使用,需要接上数据插头,进行消毒操作。此类临床试验为了避免感染风险,目前需要患者永久在医院进行治疗和观察。“中外团队研发脑机接口的技术路线不一样。不同路径均可实现脑机接口目标,但应用场景和优劣势不同,并没有高低之分。”洪波说,下一步,我们希望帮助患者用脑信号指挥家里的智能设备,比如手机、轮椅、电动窗帘等,为人和物的连接提供更多可能。

　　■数字

　　据中国残联数据,我国肢体残疾2472万人,视觉障碍群体接近1800万,听力残疾者达2780万人,脑机接口发展潜力巨大。

　　中国电子技术标准化研究院预计,2027年全球脑机接口市场规模将达37亿美元。到2040年,我国脑机接口行业综合市场规模有望超过1200亿元。

　　“你在想它(拿水瓶)的同时，就能攥上了。老幸福了，对提高生活质量有很大帮助。”   ——杨先生

　　新时代

　　被写入“未来产业”,脑机接口潜力几何?

　　当前世界主要国家都将未来视为“脑科学时代”，我国也在2017年启动了中国“脑计划”，其中脑机接口是重要组成部分。

　　中国科学院院士，中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明介绍，目前脑机接口的应用主要是在医学领域，全球科学家开展的脑机接口临床试验，多数是针对高位截瘫患者的功能恢复。

　　目前,我国脑机接口技术多临床应用于癫痫、脊髓损伤等疾病治疗。未来,在渐冻症、帕金森、认知障碍、抑郁症等涉及神经系统病变的诊疗中,脑机接口将大展身手。不过,要达到“完全意念控制机器”或“意识永生”,脑机接口还面临基础理论上的根本性难题,离科幻电影中的场景还很远。

　　“目前脑机接口已进入探索和发展的活跃期,我国科研人员紧跟国际趋势,进行更多从0到1的原始创新。”专家表示,在脑机接口领域,我国成果和产业发展处于全球第一梯队。

　　在政策层面,脑机接口也被给予越来越多重视。1月29日,工信部等七部门联合发布《推动未来产业创新发展的实施意见》,将脑机接口列为“创新标志性产品”,鼓励研制一批易用安全的脑机接口产品,探索在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用。

　　据中国信通院发布的《脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书(2023年)》,2013年至2022年,医学领域脑机接口专利申请数量为1239件,中国是专利公开数量最多的国家,为602件,高于美国(195件)、韩国(119件)等其他国家。

　　当然,作为一项新技术,脑机接口还面临解决安全性、脑电信号翻译、伦理等诸多问题。日前,科技部公布我国首部《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。

　　本版文图综合央视新闻、人民日报、齐鲁晚报、清华大学