科幻小说场景走进现实!中国脑机接口发展提速

科技 2024-07-03 09:52 阅读:4

2024.07.03

科幻小说场景走进现实!中国脑机接口发展提速 第1张

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导读:医院和产业界也正在加强合作,进一步探索脑机接口技术在临床方面的新应用。

作者 |第一财经 钱童心

用脑电活动控制动作,通过微小电流让脑细胞和计算机“互动”,残障患者可以操作机械臂喝水,这些过去只出现在科幻小说里的场景,近年来在脑机接口技术的发展和应用中逐步走进现实。

在人的头骨上开一个极窄的缝隙,大脑就好像一个储蓄罐,未来研究人员可以像投硬币一般,将极薄的芯片设备植入大脑中,向里面存入无限的信息。

7月1日,工业和信息化部就《脑机接口标准化技术委员会筹建方案》公示征求公众意见,以推动脑机接口技术发展。此举说明我国脑机接口技术标准的制定有望提速。

据介绍,《方案》拟邀请脑机接口领域企业、科研院所、高校等产业和技术专家担任委员,并明确了三大工作计划:一是优化完善标准化路线图,即明确脑机接口研制优先次序并统筹推进脑机接口标准制定;二是加快关键技术标准研制,即在明确优先次序的基础上围绕脑电采集、信号获取/处理、信号输出/执行等环节的各项标准开展研究;三是推动标准宣贯实施,即引导企业在研发、生产、管理等环节对标达标。

7月2日A股开盘后,脑机接口概念走强。

近年来,中国各地方政府纷纷推出政策鼓励支持脑机接口产业的发展,包括脑机接口、虚拟现实在内的一批前沿“硬科技”已经被写入《上海市高端装备产业发展“十四五”规划》。医院和产业界也正在加强合作,进一步探索脑机接口技术在临床方面的新应用。

医疗领域商业化进程不断加速

脑机接口是各发达国家在脑科学与类脑研究领域科技竞争的高地,需要跨多个学科集成复杂系统,产业上下游链路长,研发过程涉及电极、芯片、数据、算法、分析软件、生物相容性材料等多个环节。

作为一种新兴的技术,脑机接口已经被写入今年1月29日工信部、科技部等七部门联合印发的《推动未来产业创新发展的实施意见》。该文件聚焦未来产业,明确提出需要加强量子计算机、脑机接口、新型显示以及6G网络设备的研发。

脑机接口技术作为大脑与外界设备沟通交流的“信息高速公路”,是新一代人机交互与人机混合智能的前沿技术,旨在通过大脑发出的信号控制外部设备,如机械臂。在医疗领域,该技术已经能让瘫痪患者控制轮椅;医生还在探索将脑机接口技术用于情绪的调控,并期待它在抑郁症等神经疾病的筛查和诊疗中有新的进展。

在全球范围内,以科技富豪马斯克创立的Neuralink为代表的脑机接口公司正在加速商业化进程。今年2月,Neuralink称首例受试者已经实现通过意念来控制电脑鼠标。

今年以来,中国脑机接口的发展也显著提速,不断有新成果发布。值得注意的是,最新的成果已不再局限于学术研究领域,而是希望更好地与产业相结合,并最终实现商业化,从而能够与Neuralink这样的企业竞争。

值得指出的是,安全伦理问题是脑机接口技术面临的最大挑战之一,中国今年2月发布了《脑机接口研究伦理指引》。

5月29日,中央网信办、市场监管总局、工业和信息化部联合印发《信息化标准建设行动计划》,其中提到,推进脑机接口标准研究,加强输入—输出接口、脑信息编解码算法、脑信息安全与隐私保护等关键技术和应用标准研制。

中国高校扛起大旗

目前,中国在脑机接口领域的研究,主要由一些大学的研究团队承担。最新的进展来自于天津大学脑机交互与人机共融海河实验室团队。

上个月底,海河实验室与南方科技大学宣布协同开发了全球首个可开源片上脑智能复合体信息交互系统,实现培养“大脑”对机器人避障、跟踪、抓握等任务的无人控制,完成多种类脑计算启发工作。

第一财经记者了解到,片上脑机接口是利用体外培养“大脑”与电极芯片耦合形成片上脑,通过编解码及刺激—反馈实现其与外界信息交互的技术。

针对最新的《方案》,天津大学医学院教授、脑机交互与人机共融海河实验室片上脑机接口团队负责人李晓红对第一财经记者表示:“作为脑机接口领域的一个重要新兴分支,片上脑机接口有望对混合智能、类脑计算、医疗康复等前沿科技领域发展产生根本性的推动。”

该团队开发了一款MetaBOC“片上脑-机接口智能交互系统”,包含四大模块,能实现信号采集、数据处理、刺激反馈的闭环开发。李晓红告诉第一财经记者,MetaBoC是一款未来将会面向市场的产业化产品。

科幻小说场景走进现实!中国脑机接口发展提速 第2张

“MetaBOC系统具有光刺激编码控制、三维片上脑适配模块、AI辅助智能提升、全链条高集成的特色创新点,并可进行开源共享,有望推动片上脑-机接口社区的发展壮大。”李晓红表示。

未来,团队将围绕脑类器官全域电极、片上脑训练调控策略、生物智能-机器智能对话机制等关键问题展开。不过,李晓红也指出开发大脑类器官的难点:“一是缺乏血管网络,营养供给不足;二是缺乏信息输入,难以形成复杂神经网络。”

此前,清华大学团队为一名瘫痪患者植入脑机接口NEO系统,帮助患者恢复部分活动能力。据清华研究团队今年早些时候介绍称,清华医学院洪波教授设计研发的无线微创脑机接口NEO与马斯克领导的Neuralink脑机接口不同,使用微创手术的方法将电极放在大脑硬膜外,通过长期动物试验研制,不会破坏神经组织。

在洪波看来,微创植入脑机接口系统植入于人体硬脑膜上,不侵入大脑皮层神经细胞,通过软硬件结合的信号增强技术获取高信噪比,有效解决了生物相容性问题;另外植入体内机的体积约1元硬币大小,在高信号强度、小植入损伤之间找到平衡。

复旦大学光电研究院研究员宋恩名此前向第一财经记者解释称,Neuralink的脑机接口是有创的侵入式脑机接口技术路线,清华团队的是半侵入式的微创技术路线。他认为,两种技术路线各有优势。

产学融合推动多种技术路径发展

面向脑机接口的国际前沿发展趋势,我国已有多个科研团队正在攻关不同技术路径的脑机接口设备,其中主要包括侵入式、半侵入式以及非侵入式技术。

在这一背景下,北京脑科学与类脑研究所牵头制定“智能脑机系统增强计划”,2023年,北京芯智达神经技术有限公司成立,专注于脑机接口研发与临床转化应用,面向国际前沿研发脑机接口核心部件,开发神经解码算法,多维度统筹系统集成,针对临床应用等场景研发产品,进行商业转化。

今年4月,由北京脑科学与类脑研究所联合北京芯智达神经技术有限公司自主研发的“北脑二号”脑机接口重大成果亮相中关村论坛,填补了国内高性能侵入式脑机接口技术的空白,媲美Neuralink公司。

据介绍,“北脑二号”配备了高通量柔性微丝电极,这相当于一个“传感器”,通过脑内植入,可以读取脑电信号,其性能决定着捕捉脑信号的数量与质量。

第一财经记者了解到,“北脑二号”的上一代产品“北脑一号”聚焦半侵入式采集脑皮层电信号,目前也已进入临床研究。

另一方面,面向脑健康干预、脑疾病治疗与神经康复领域创新技术需求与挑战,神经科技前沿技术需要进一步的转化,促进神经调控与脑机接口领域科研成果转化落地。

今年5月,复旦大学神经调控与脑机接口研究中心正式获得批复成立,目标是打造神经调控与脑机接口原理探索、颠覆性技术突破与医疗健康应用新质生产力的创新引擎。

据介绍,该中心服务于神经调控与脑机接口领域国家重大交叉融合战略需求,积极布局神经调控与脑机接口技术研发与应用,打造脑机接口国家队,依托类脑智能科学与技术研究院,联合脑科学转化研究院、脑科学研究院、大数据学院、集成芯片与系统全国重点实验室、附属华山医院、附属儿科医院7家单位共同建设。

复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩研究员对第一财经记者表示:“此举是集聚复旦大学医理工交叉学科力量,构建脑机接口理论与技术发展的创新动力源,打造脑机接口领域产学研合作无缝创新链。”

从团队的构成来看,“加强基础研究、临床医学与工程技术的合作,充分发挥复旦大学学科交叉优势。”王守岩表示,“复旦大学在脑机接口材料、电极、芯片及临床转化应用等方面有着十余年的研究积累,恰逢脑机接口领域发展的历史时刻,中心将助力多学科科学家交流合作,面向临床的重大需求合力攻关。”

另据介绍,依托张江复旦脑与类脑智能国际创新中心,中心将打造“脑感知-脑计算-脑调控”相融合的科研共享平台,具备光、声、电、磁等无创神经调控技术,以及开展手术中、手术后植入式深部脑刺激有创神经调控研究的能力,具备支撑复旦大学、上海市及全国神经调控及脑机接口领域开展相关科学研究实验的共享能力。

微信编辑| 七三