【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(guó)腦機(jī)接口新突破！
　　
　　失語(yǔ)者能“開口說話”、癱瘓患者可通過“意念”指揮機(jī)械……近年來(lái)，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(chǎng)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(duì)公布了兩個(gè)案例，兩位高位截癱患者分別通過無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了意念控制光標(biāo)移動(dòng)、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢癱瘓14年來(lái)，第一次實(shí)現(xiàn)了“用手喝水”。
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)“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(guó)腦機(jī)接口新突破！四肢癱瘓14年的患者實(shí)現(xiàn)用“意念”喝水》。
　　
　　1
　　
　　截癱患者通過意念
　　
　　控制光標(biāo)移動(dòng)和持握
　　
　　35歲的截癱患者小白，在去年12月接受了無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口植入手術(shù)，經(jīng)過兩個(gè)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(dòng)。醫(yī)生介紹，通過腦機(jī)接口，可獲取大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)信號(hào)，再通過解碼體現(xiàn)患者的運(yùn)動(dòng)意圖，從而實(shí)現(xiàn)“意念控制活動(dòng)”。
　　
　　
　　
　　另一名患者是四肢癱瘓長(zhǎng)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(guó)首例無(wú)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(hào)來(lái)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(shí)，就能攥上了。老幸福了，對(duì)提高生活質(zhì)量有很大幫助。”楊先生妻子也對(duì)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?dòng)。
　　
　　2
　　
　　意念控制動(dòng)作
　　
　　究竟如何實(shí)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(wú)線通信和供電接口以及用來(lái)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(dòng)手套外骨骼等。
　　
　　
　　
　　病人體內(nèi)外分別有一個(gè)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(hào)傳輸出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線的供電和無(wú)線的通信，再用采集到的信號(hào)來(lái)指揮氣動(dòng)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(hào)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(hào)，但對(duì)患者來(lái)說創(chuàng)傷大、風(fēng)險(xiǎn)高；
　　
　　清華大學(xué)開發(fā)的無(wú)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(hào)強(qiáng)度和分辨率，同時(shí)降低了免疫反應(yīng)和損傷神經(jīng)細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　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(guó)家都將未來(lái)視為“腦科學(xué)時(shí)代”，我國(guó)也在2017年啟動(dòng)了中國(guó)“腦計(jì)劃”，其中腦機(jī)接口是重要組成部分。
　　
　　中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)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(yàn)，多數(shù)是針對(duì)高位截癱患者的功能恢復(fù)。
　　
　　在此次臨床試驗(yàn)中，除了讀取大腦運(yùn)動(dòng)皮層信息之外，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還專門設(shè)計(jì)了對(duì)大腦感覺信息的記錄通道。“不僅運(yùn)動(dòng)皮層有記錄，它還有一個(gè)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(dòng)作的反饋信息后，動(dòng)作思維就形成了一個(gè)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(lái)，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過迭代開發(fā)打造一個(gè)通用的微創(chuàng)腦機(jī)接口平臺(tái)，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(guó)實(shí)力幾何
　　
　　記者 | 劉育英
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自中國(guó)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(guó)實(shí)力幾何？》。
　　
　　近幾個(gè)月，埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink(神經(jīng)連接)公司和中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)相繼發(fā)布腦機(jī)接口試驗(yàn)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(shí)。
　　
　　近日，記者專訪中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所副所長(zhǎng)閔棟，了解中國(guó)如何布局腦機(jī)接口，以及腦機(jī)接口的現(xiàn)狀和未來(lái)。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(tái)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(duì)與宣武醫(yī)院開展全球首次NEO(無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口)試驗(yàn)取得成功。試驗(yàn)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(gè)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(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套，實(shí)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(duì)于這兩起案例的技術(shù)水平，閔棟對(duì)中新社記者表示，按醫(yī)療器械的進(jìn)展，目前兩個(gè)器械屬于同一階段，均在小規(guī)模臨床試驗(yàn)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(dòng)解碼可實(shí)現(xiàn)更高精度的控制。但長(zhǎng)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(huì)包裹電極，導(dǎo)致信號(hào)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(guó)科研團(tuán)隊(duì)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(chǎng)電位信號(hào)，長(zhǎng)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(diǎn)之一。歐盟、美國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞等地區(qū)和國(guó)家推出了針對(duì)該技術(shù)的許多重大研發(fā)計(jì)劃和典型投資項(xiàng)目。
　　
　　閔棟介紹，近年來(lái)，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(yàn)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(chǎng)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(chǎng)研究)數(shù)據(jù)顯示，2022年腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模為17.40億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到56.92億美元，期內(nèi)年復(fù)合增長(zhǎng)率為15.61%。
　　
　　2024年1月中國(guó)工信部等七部門對(duì)外發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)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(guó)的實(shí)力處于什么水平？閔棟介紹，中國(guó)國(guó)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(guó)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(guó)際一流的行列。
　　
　　通過對(duì)incoPat專利數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，2013年—2022年醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的腦機(jī)接口專利申請(qǐng)數(shù)量為1239件。其中，中國(guó)是專利公開數(shù)量最多的國(guó)家，為602件，高于美國(guó)(195件)、韓國(guó)(119件)等其他國(guó)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(guó)外生產(chǎn)的產(chǎn)品，盡管近十年來(lái)國(guó)內(nèi)的腦電儀器設(shè)備性能已有大幅度提高，但國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的設(shè)備在科研儀器市場(chǎng)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(gè)人隱私等。閔棟建議，攻克技術(shù)瓶頸，重點(diǎn)突破一批具有顯著臨床價(jià)值的產(chǎn)品，大力推進(jìn)相關(guān)應(yīng)用試點(diǎn)，同時(shí)增加對(duì)大眾科普腦機(jī)接口基本原理及相關(guān)知識(shí)，避免引起不必要的臆想、恐慌。