【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：腦機(jī)接口   人工智能   醫(yī)療器械 】
　　
　　中國腦機(jī)接口新突破！
　　
　　失語者能“開口說話”、癱瘓患者可通過“意念”指揮機(jī)械……近年來，隨著腦機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，一些以往只存在于科幻電影中的場景，頻頻出現(xiàn)在我們的視野中。
　　
　　近日，清華大學(xué)科研團(tuán)隊公布了兩個案例，兩位高位截癱患者分別通過無線微創(chuàng)腦機(jī)接口實現(xiàn)了意念控制光標(biāo)移動、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢癱瘓14年來，第一次實現(xiàn)了“用手喝水”。
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“央視新聞”（ID：cctvnewscenter），原文首發(fā)于2024年3月2日，原標(biāo)題為《中國腦機(jī)接口新突破！四肢癱瘓14年的患者實現(xiàn)用“意念”喝水》。
　　
　　1
　　
　　截癱患者通過意念
　　
　　控制光標(biāo)移動和持握
　　
　　35歲的截癱患者小白，在去年12月接受了無線微創(chuàng)腦機(jī)接口植入手術(shù)，經(jīng)過兩個多月康復(fù)訓(xùn)練，目前他已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)意念控制光標(biāo)移動。醫(yī)生介紹，通過腦機(jī)接口，可獲取大腦運(yùn)動區(qū)的神經(jīng)信號，再通過解碼體現(xiàn)患者的運(yùn)動意圖，從而實現(xiàn)“意念控制活動”。
　　
　　
　　
　　另一名患者是四肢癱瘓長達(dá)14年的楊先生。他在去年10月接受了植入手術(shù)，這也是我國首例無線微創(chuàng)腦機(jī)植入手術(shù)。目前楊先生通過意念控制手套外骨骼，部分恢復(fù)了抓握功能，平均能在十秒內(nèi)把水瓶或者物件拿到指定的位置。
 
　　
　　楊先生根據(jù)指令將水瓶放到指定位置
　　
　　不光如此，他還能自如地用腦信號來控制機(jī)械手，并在癱瘓后第一次拿起水瓶自己喝水。
　　
　　楊先生說：“你在想它（拿水瓶）的同時，就能攥上了。老幸福了，對提高生活質(zhì)量有很大幫助。”楊先生妻子也對此十分驚喜，她期待隨著科技進(jìn)步，楊先生可以自主完成更多日?；顒?。
　　
　　2
　　
　　意念控制動作
　　
　　究竟如何實現(xiàn)？
　　
　　專家介紹，在楊先生頭部植入的僅有硬幣大小的裝置集成了腦機(jī)接口處理器、無線通信和供電接口以及用來采集腦電波的電極。植入位置位于顱骨外側(cè)，只有電極進(jìn)入顱骨內(nèi)，貼在硬腦膜外。此外，這套系統(tǒng)還包括信息采集供電模塊、腦電波解碼翻譯模塊，以及氣動手套外骨骼等。
　　
　　
　　
　　病人體內(nèi)外分別有一個線圈，外面的線圈既能夠隔著皮膚供應(yīng)電，也能夠把病人大腦里的腦信號傳輸出來，實現(xiàn)了無線的供電和無線的通信，再用采集到的信號來指揮氣動手套外骨骼。
 
　　專家介紹，腦機(jī)接口分為非侵入式、侵入式、半侵入式三類：
　　
　　非侵入式腦機(jī)接口通過頭皮采集腦電波，安全性最高，但信號質(zhì)量低，功能有限；
　　
　　侵入式直接將電極植入大腦皮層，可獲得最高質(zhì)量的神經(jīng)信號，但對患者來說創(chuàng)傷大、風(fēng)險高；
　　
　　清華大學(xué)開發(fā)的無線微創(chuàng)腦機(jī)接口為半侵入式，將電極植入患者大腦硬膜外，不破壞神經(jīng)組織，可獲得較高信號強(qiáng)度和分辨率，同時降低了免疫反應(yīng)和損傷神經(jīng)細(xì)胞的風(fēng)險。
　　
　　3
　　
　　腦機(jī)接口應(yīng)用前景廣泛
　　
　　或可用于治療癲癇、認(rèn)知障礙等
　　
　　當(dāng)前世界主要國家都將未來視為“腦科學(xué)時代”，我國也在2017年啟動了中國“腦計劃”，其中腦機(jī)接口是重要組成部分。
　　
　　中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明介紹，目前腦機(jī)接口的應(yīng)用主要是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，全球科學(xué)家開展的腦機(jī)接口臨床試驗，多數(shù)是針對高位截癱患者的功能恢復(fù)。
　　
　　在此次臨床試驗中，除了讀取大腦運(yùn)動皮層信息之外，聯(lián)合團(tuán)隊還專門設(shè)計了對大腦感覺信息的記錄通道。“不僅運(yùn)動皮層有記錄，它還有一個感覺區(qū)皮層的記錄，可記錄反饋信息。”
 
　　當(dāng)大腦能夠接收到發(fā)出動作的反饋信息后，動作思維就形成了一個完整的信息回路，將大大提升腦機(jī)接口在神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的效果。蒲慕明介紹：“比如說癲癇治療，在有效果之后就可以停止刺激，是閉環(huán)的系統(tǒng)。”
　　
　　接下來，團(tuán)隊的目標(biāo)是通過迭代開發(fā)打造一個通用的微創(chuàng)腦機(jī)接口平臺，用于癲癇、認(rèn)知障礙等更多腦疾病的康復(fù)。
　　
　　延伸閱讀
　　
　　發(fā)展腦機(jī)接口，中國實力幾何
　　
　　記者 | 劉育英
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自中國新聞網(wǎng)，原文首發(fā)于2024年2月28日，原標(biāo)題為《（經(jīng)濟(jì)觀察）發(fā)展腦機(jī)接口，中國實力幾何？》。
　　
　　近幾個月，埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink(神經(jīng)連接)公司和中國科研團(tuán)隊相繼發(fā)布腦機(jī)接口試驗新突破，彰顯腦機(jī)接口這一技術(shù)正在從科幻走向現(xiàn)實。
　　
　　近日，記者專訪中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所副所長閔棟，了解中國如何布局腦機(jī)接口，以及腦機(jī)接口的現(xiàn)狀和未來。2023年9月，該所牽頭在人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新合作平臺成立腦機(jī)接口研究工作組。
　　
　　2023年10月24日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院科研團(tuán)隊與宣武醫(yī)院開展全球首次NEO(無線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口)試驗取得成功。試驗中患者因車禍引起頸椎處脊髓完全性損傷，處于四肢癱瘓狀態(tài)已經(jīng)14年。經(jīng)過三個月的居家腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練，患者可以通過腦電活動驅(qū)動氣動手套，實現(xiàn)自主喝水等腦控功能。
　　
　　今年1月30日，埃隆·馬斯克表示，首位植入該公司腦機(jī)接口設(shè)備的患者已經(jīng)能夠通過大腦直接控制電腦鼠標(biāo)。
　　
　　對于這兩起案例的技術(shù)水平，閔棟對中新社記者表示，按醫(yī)療器械的進(jìn)展，目前兩個器械屬于同一階段，均在小規(guī)模臨床試驗階段。
　　
　　而技術(shù)路線又有不同。“馬斯克公司采用的是有創(chuàng)路線，電極侵入大腦皮層，采集的是單細(xì)胞放電，需要通道數(shù)更高，運(yùn)動解碼可實現(xiàn)更高精度的控制。但長期被電極插進(jìn)腦細(xì)胞引發(fā)膠質(zhì)細(xì)胞的免疫反應(yīng)，膠質(zhì)細(xì)胞會包裹電極，導(dǎo)致信號變差、系統(tǒng)難以順暢工作，這是Neuralink面臨的臨床問題。”閔棟表示。
　　
　　中國科研團(tuán)隊的微創(chuàng)腦機(jī)接口電極植入在硬腦膜外，不破壞血腦屏障，采集的是場電位信號，長期系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性更高一些，但解碼精度不如有創(chuàng)侵入式系統(tǒng)。
　　
　　腦機(jī)接口已成為全球科技前沿?zé)狳c之一。歐盟、美國、日本、韓國、澳大利亞等地區(qū)和國家推出了針對該技術(shù)的許多重大研發(fā)計劃和典型投資項目。
　　
　　閔棟介紹，近年來，腦機(jī)接口在電極、算法、芯片等方面都取得了重要進(jìn)展，也包括進(jìn)行科學(xué)試驗的結(jié)果。在應(yīng)用方面，腦機(jī)接口可應(yīng)用于醫(yī)療、娛樂、智能生活、教育、軍事等領(lǐng)域。其中醫(yī)療領(lǐng)域是腦機(jī)接口應(yīng)用的主要陣地，占據(jù)約六成的市場份額。
　　
　　腦機(jī)接口與醫(yī)療的結(jié)合展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。研究機(jī)構(gòu)Data Bridge Market Research(數(shù)據(jù)橋市場研究)數(shù)據(jù)顯示，2022年腦機(jī)接口市場規(guī)模為17.40億美元，預(yù)計到2030年將達(dá)到56.92億美元，期內(nèi)年復(fù)合增長率為15.61%。
　　
　　2024年1月中國工信部等七部門對外發(fā)布《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，將腦機(jī)接口作為十大標(biāo)志性產(chǎn)品之一。
　　
　　那么中國的實力處于什么水平？閔棟介紹，中國國內(nèi)的腦機(jī)接口產(chǎn)品以非侵入式為主。從腦機(jī)接口的生態(tài)發(fā)展看，在各界努力下，中國正在形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機(jī)接口全產(chǎn)業(yè)鏈。在腦機(jī)接口軟件研究方面，諸多研究機(jī)構(gòu)在算法、范式等方面的研究水平已躋身國際一流的行列。
　　
　　通過對incoPat專利數(shù)據(jù)庫檢索，2013年—2022年醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的腦機(jī)接口專利申請數(shù)量為1239件。其中，中國是專利公開數(shù)量最多的國家，為602件，高于美國(195件)、韓國(119件)等其他國家。
　　
　　“科研機(jī)構(gòu)所使用的腦電采集設(shè)備絕大多數(shù)都是國外生產(chǎn)的產(chǎn)品，盡管近十年來國內(nèi)的腦電儀器設(shè)備性能已有大幅度提高，但國內(nèi)所生產(chǎn)的設(shè)備在科研儀器市場的占有率還非常有限。”閔棟說。
　　
　　發(fā)展腦機(jī)接口的挑戰(zhàn)還在于安全性、生物兼容性、個人隱私等。閔棟建議，攻克技術(shù)瓶頸，重點突破一批具有顯著臨床價值的產(chǎn)品，大力推進(jìn)相關(guān)應(yīng)用試點，同時增加對大眾科普腦機(jī)接口基本原理及相關(guān)知識，避免引起不必要的臆想、恐慌。