腦機接口技術應用前景廣闊（科技視點·走近新質生產力⑥）

中國品牌博覽會上，工作人員用腦機科技操控的假肢寫毛筆字。

新華社記者 方 喆攝

右手戴上驅動氣動手套，穩穩握住水杯，拿起、喝水、放下……截癱患者老楊實現了自主“腦控”喝水。今年1月，首都醫科大學宣武醫院和清華大學團隊宣布，他們成功進行了無線微創腦機接口臨床試驗，患者行為能力取得突破性進展。

用腦電活動控制動作、通過微小電流讓腦細胞和計算機之間“互動”……這些過去只出現在科幻小說里的場景，正在腦機接口技術的發展和應用中逐步走進現實。腦機接口被稱為人腦與外界溝通交流的“信息高速公路”，是新一代人機交互和人機混合智能的前沿技術，有望成為促進經濟社會發展、改善民生健康的未來產業。

通過記錄和解讀大腦信號，實現大腦與設備間的信息交換

截癱患者老楊今年50多歲，此前因車禍引起頸椎處脊髓完全性損傷，四肢癱瘓長達14年。2023年10月，首都醫科大學宣武醫院趙國光教授團隊、清華大學醫學院洪波教授團隊共同完成了無線微創腦機接口臨床試驗。試驗中，科研人員將2枚硬幣大小的腦機接口處理器植入老楊顱骨中，再通過采集顱內神經信號，使他利用腦電活動驅動氣動手套實現了自主“腦控”喝水。

據介紹，該系統采用無線微創設計，體內機埋在患者顱骨內，電極覆蓋在硬膜外（硬膜位于顱骨和大腦皮層之間，起到保護神經組織作用），不損傷大腦細胞。使用時，體外機利用近場無線供電和信號傳輸技術，隔著頭皮給體內機供電，并接收腦內的神經信號，傳送到電腦或者手機上，借助解碼算法實現腦機接口通信。

經過數月的居家康復訓練，老楊抓握準確率超過90%，脊髓損傷的臨床評分和感覺誘發電位響應也有了顯著改善。2023年12月，這套系統的第二例脊髓損傷患者植入手術在首都醫科大學附屬北京天壇醫院成功進行，經過一段時間的康復訓練，患者不但能夠抓握水瓶，還可控制電腦屏幕上的光標移動。

這兩項無線微創腦機接口臨床試驗分別通過宣武醫院、天壇醫院的倫理審查，并進行了國際和國內植入醫療器械臨床試驗注冊。首都醫科大學宣武醫院院長趙國光說：“醫工交叉融合推動了腦機接口的創新發展，該技術在幫助脊髓損傷、癲癇等腦疾病患者康復方面具有廣闊的應用前景。”

腦機接口在人或動物大腦與外部設備之間創建了通信和控制“通道”，它通過記錄和解讀大腦信號，實現大腦與設備間的信息交換。

腦機接口又可分為輸出型和輸入型兩種。輸出型腦機接口主要由大腦向外部設備輸出通信或控制指令，在不依賴外周神經或肌肉的條件下，把用戶的感知覺、表象、認知和思維等直接轉化為動作。這種腦機接口較為常見，老楊使用的就是這種類型的腦機接口。

還有一類是輸入型腦機接口。它主要由外部設備或機器繞過外周神經或肌肉系統直接向大腦輸入電、磁、聲和光等刺激或神經反饋，以調控中樞神經活動，目前已在治療聽覺障礙方面得到應用。

對于輸出型腦機接口來說，如何獲取腦信號至關重要。作為腦機接口的關鍵采集器件，電極決定著所采集腦信號的質量和最終的控制效果。目前在技術路徑上，腦機接口又分為侵入式（有創）和非侵入式（無創）兩大方向。

侵入式腦機接口是指通過開顱手術的方式將能夠接收信號的電極植入腦中，這種技術需要把電極長期放置在腦中。近年來，隨著微納加工技術和電極材料不斷發展，侵入式腦機接口向著柔性、小型化、高通量和集成化發展，但依然無法覆蓋全腦范圍。非侵入式腦機接口不會破壞人的身體和組織，只在頭皮表面采集極其細微的大腦信號。這類腦機接口具有可動態監測全腦信號、系統簡單易操作、生物相容性和安全性好等特點，但獲取的腦電信號容易受到外界干擾，對信號感知處理技術要求高。

醫療健康領域是腦機接口最主要的應用陣地。北京腦科學與類腦研究所聯合所長羅敏敏說：“包括對高位截癱患者進行語言解碼、運動解碼，治療癲癇、抑郁癥等疾病，甚至把圖像處理成電信號來刺激視覺皮層，讓盲人恢復一定的視覺。這些都是未來值得期待的腦機接口應用場景。”

我國腦機接口創新生態不斷完善，技術持續深入迭代，向著規模化方向發展

“意念控制”聽起來很科幻，它是如何實現的？實際上，患者簡單的一個動作，卻是一個復雜的技術過程，也凝結著很多領域科研人員的共同努力。

首先，腦機接口運轉包含記錄、解碼、控制和反饋4個階段。羅敏敏舉例，在自主“腦控”喝水的過程中，腦機接口記錄人的思維變化引起的神經細胞電活動，解碼后把信息傳輸給驅動氣動手套并控制其運動，進而得到視覺和觸覺上的反饋。

天津大學副校長明東說：“腦機接口綜合了醫學、計算機、電子、機械、材料等多個學科的先進理論與前沿技術。”

近年來，隨著生物醫學工程、神經工程與康復工程、認知神經科學與心理科學、人工智能等領域的發展，腦機接口工程化進度加快，產業化發展明顯提速。在2014年巴西世界杯揭幕戰上，截癱青年朱利亞諾·平托就在腦機接口技術的輔助下為足球比賽開球；2016年，在神舟十一號載人飛船飛行過程中，我國航天員完成了腦機交互技術的在軌驗證；國際上多個團隊通過腦機接口技術，幫助患者實現了“意念打字”“意念說話”等功能……

近年來，我國腦機接口創新生態不斷完善，技術持續深入迭代，產品服務供給日益豐富，向著規模化方向發展。

2023年初，“智能腦機系統增強計劃”在北京腦科學與類腦研究所啟動，力爭在3到5年內突破侵入式腦機接口方面的關鍵技術，并在臨床上實現初步應用。北京還采用“基金+企業”的組織模式，成立了北京北腦創業投資基金（有限合伙）和北京芯智達神經技術有限公司。

目前，芯智達公司與國內多家高校院所合作，已布局立項10余個創新項目，各項研發工作取得了階段性進展。芯智達公司業務發展總監李園介紹：“我們研發的‘北腦一號’‘北腦二號’腦機系統，前者采用皮層電極技術，目前已完成柔性高密度腦皮層電極、高性能腦電數據采集設備等核心部件研發和動物實驗驗證；后者對標國際先進的高通量柔性微絲電極技術，結合大通道高速神經電信號采集設備和運動想象解碼算法，目前有線版本已實現獼猴對二維運動光標的靈活‘腦控’攔截。”

天津大學神經工程團隊是國內最早從事腦機接口研究的團隊之一。明東介紹，“神工”系列產品實現了主動康復訓練對皮層、肌肉活動的同步整合與協同，取得了運動康復領域的突破。比如，神經調控式機械外骨骼系統“神工—神甲”，核心部件獲批國家醫療器械注冊證，關鍵技術在國內多家三甲醫院開展了逾千例臨床試驗。

“我國腦機接口在軟件、關鍵算法、典型應用等方面均取得了一定的創新性突破。”明東說，但腦機接口走向更廣泛的應用，還需要不斷探索創新，并通過實踐來檢驗成效。

加快突破底層和關鍵技術，培育高質量復合型人才，建立健全相關產業鏈

目前，腦機接口解碼的大部分仍是頭皮腦電，很多大腦內部的神經元還是無法解析；應用層面更多停留在臨床試驗階段，還沒有形成大眾化、市場化的產品。

明東舉例，腦神經信號的產生和表達是一個非常復雜的過程，需要在繁雜的神經表征中尋找到特定意圖對應的神經活動模式，并通過高效的算法把這些信號有效解析出來。“后續還涉及神經肌肉刺激、外部機械控制、給受試者呈現反饋等很多步驟，可以說是一個復雜的閉環過程。”

我國高度重視腦機接口技術發展。“十四五”規劃綱要提出，在類腦智能等前沿科技和產業變革領域，組織實施未來產業孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產業。羅敏敏認為，我國腦機接口單點技術突破加快、產業鏈較為齊全，但系統集成能力有待提升，專利多而不優現象比較突出。未來應在明確任務導向、長周期穩定支持的基礎上，加快突破底層和關鍵技術，鼓勵開展有組織科研，注重基礎研究、產業發展與臨床實際相結合。加強主管部門之間的聯動協調，促進政策落地更具實效。

明東建議，要引導高水平大學通過設置交叉學科等方式，培育高質量復合型人才。同時，鼓勵校企共建高水平科研創新平臺，聯合承接腦機接口領域重點攻關任務，解決產業化落地難題，建立健全相關產業鏈。要科學對待腦機接口研究成果，避免炒作、夸大、概念化腦機接口技術。

2023年9月，科技部等部門聯合印發的《科技倫理審查辦法（試行）》明確規定，涉及以人為研究參與者的科技活動，應當進行科技倫理審查，且明確規定了高等學校、科研機構、醫療衛生機構、企業等是本單位科技倫理審查管理的責任主體。2023年12月，國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會編制《腦機接口研究倫理指引》， 為腦機接口研究合規開展，防范腦機接口研究與技術應用過程中的科技倫理風險，提出了指導。

羅敏敏表示，腦機接口發展面臨著科技倫理、安全性、有效性驗證等方面的挑戰，需進一步在技術提供方、使用者、政策制定者和社會公眾之間凝聚共識，充分了解潛在風險和收益，給予腦機接口技術創新的合理靈活度，同時確保行業健康有序發展。

《 人民日報 》（ 2024年04月08日 19 版）