【科学强国】脑机接口，离我们已不远

　　脑机接口，这个存在于科幻小说中的“常客”，其实离我们并不遥远。近十年来，它被世界各国频频列入重点规划，孜孜不倦地进行探索研究，并且不断获得突破。

摄影/宁颖 图源：卡乐图片

　　近日，脑机交互与人机共融海河实验室、中国电子信息产业集团联合研发的新一代8通道脑电采集国产芯片研发成功，将广泛应用于智慧医疗、航空航天、人机交互、游戏娱乐等场景，并进行成果转化。

　　从科学上到底如何定义？

　　脑机接口（BrainComputerInterface，BCI），这一概念其实早已有之，并且已经有50多年的历史。

　　1973年，一直致力于将大脑与计算机系统相互连接的美国加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔，第一次提出脑机接口这个概念。

　　以介入方式划分，脑机接口有两类，分别对应不同的使用场景。一种是非侵入式，即将电极放在头皮上；另外一种是侵入式，即直接把电极插入大脑皮层。

　　为了帮助有障碍人士，科学家们投入了大量精力到这一领域。但直到上世纪九十年代以后，才开始有阶段性成果出现。

　　在广义上，一切通过外部电子设备与大脑活动进行信号交互的设备都可以称作脑机接口，比如，人工耳蜗可能是目前应用最成功的脑机接口。它接受外界刺激，直接与中枢神经系统相连，可以向大脑传递信号。

　　狭义上的脑机接口则偏向于“读心术”，通常用电极、磁共振、红外、超声等形式读取大脑信号，对神经信号进行处理和分析，最后用于控制机械手臂、显示屏、喇叭等外部设备，输出运动、语音等信息。

　　目前，非侵入式脑机接口目前已经有了商业化应用推广，各大电商平台上也能看到不少非侵入式脑机接口设备在售。

　　而由于技术及伦理原因，目前侵入式脑机接口仍停留在实验室阶段。2020年8月，埃隆•马斯克旗下Neuralink公司的发布会再次把脑机接口技术引上风口浪尖。

　　照进现实，不止于科幻

2014年巴西世界杯开球仪式 图源：网络

　　2014年，瘫痪少年借助脑控外骨骼为巴西世界杯开球，表明人类在运动控制类脑机接口上相对成熟，已经取得了类似《环太平洋》机甲的技术原型。不过，从特殊个例走向广泛应用，脑机接口仍进展缓慢。

　　今年7月，美国诺思韦尔医疗保健公司范斯坦医学研究所宣布，在一名因遭遇事故而脊髓受损的男性脑中植入特殊装置，成功使其皮肤恢复触觉，上肢重新活动。

　　据《日本经济新闻》9月1日报道，瑞士洛桑联邦理工大学等机构通过在人体内植入脑信号读取装置，成功让因脊髓受损而下半身瘫痪的患者恢复自主行走能力。

　　旧金山时间9月19日，马斯克旗下研究脑机接口的公司Neuralink宣布，已获得一个独立审查委员会的批准，将进行首次人体试验，对渐冻症患者的大脑植入设备。根据Neuralink公司公布的试验方案，参与试验的志愿者将由机器人外科手术专家在头骨上打两个直径8毫米左右的孔，并在大脑运动皮层上放置两个植入物，每个植入物包含1024个电极通道。整个试验为期6年，其中有18个月的基础研究，和为期5年的跟访。

　　发表在最新一期《科学进展》上的一项研究结果显示，美国约翰斯·霍普金斯大学开发出一种治疗渐冻症（ALS）的脑机接口（BCI），其能在3个月内保持90%的准确率，且无需重新训练或重新校准算法。研究显示，随着时间的推移，患者的反应非常稳定，不必重新训练BCI算法。或许在不久的将来，渐冻症患者仅仅使用大脑信号就可开灯、播放电视新闻来开启新的一天。

　　国产脑机接口芯片成功迭代

　　近日，脑机交互与人机共融海河实验室、中国电子信息产业集团联合研发的新一代8通道脑电采集国产芯片研发成功。该芯片拥有完全自主知识产权，可面向非侵入式脑机接口与多模态神经电生理装备，广泛应用于智慧医疗、航空航天、人机交互、游戏娱乐等场景，并进行成果转化。

　　消息称，为实现我国脑机接口关键技术自主可控，突破基础元器件“卡脖子”难题，脑机海河实验室科研团队联合中国电子布局脑机接口专用芯片研发，先后发布“脑语者”系列高集成芯片。其中，“脑语者”C系列是国产首款脑电编解码计算芯片，主要用于脑电信号解析、加速计算；“脑语者”D系列是国内首款8通道24位模数转换芯片，专门针对神经电生理信号的采集。

　　此前，我国也发布了多项政策支持脑机接口产业研发。今年8月，工信部等四部门发布《新产业标准化领航工程实施方案（2023─2035年）》，其中未来产业聚焦元宇宙、脑机接口等9大领域。9月13日，工信部组织开展2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作，面向元宇宙、人形机器人、脑机接口、通用人工智能4个重点方向。

　　不过，脑机接口技术要实现更广泛的应用还有很长的路要走。上海科技大学生物医学工程学院助理教授、计算认知与转化神经科学实验室主任李远宁在近期的一场脑机接口论坛上表示：“目前大部分的脑机接口还是临床用途，例如帮助脑卒中、渐冻症瘫痪病人恢复特定功能。脑机接口经济成本十分高昂，全世界范围内可能只有几十个人享受过。”

　　中国医师协会神经调控专委会主任委员、世界神经调控学会中国分会主席、首都医科大学三博脑科医院主任医师栾国明认为，脑机接口技术要想实用化，还面临很多难题。一是数据采集和数据解析面临个体化差异的难题。二是面临认知和伦理问题。“近日发布的《科技伦理审查办法（试行）》，对侵入式脑机接口用于神经、精神类疾病治疗的临床研究作出了特别规定。未来，关于脑机接口的研究将更加符合科技伦理规范。”

　　（中国小康网综合科技日报、天津日报、参考消息、第一财经、科普中国等）

　　来源：中国小康网

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌