在猴子顱內(nèi)植入一片牽著柔軟細(xì)絲的薄膜，猴子不用動手僅用“意念”就能控制機(jī)械臂抓取草莓。在4月25日開幕的2024中關(guān)村論壇上，由北京腦科學(xué)與類腦研究所聯(lián)合北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司自主研發(fā)的“北腦二號”腦機(jī)接口重大成果正式亮相，填補(bǔ)了國內(nèi)高性能侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的空白。
據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，這是在國際上首次實(shí)現(xiàn)獼猴對二維運(yùn)動光標(biāo)的靈巧腦控?cái)r截。而早在2021年，埃隆·馬斯克創(chuàng)立的腦機(jī)接口公司Neuralink就已經(jīng)展示了讓猴子通過意念操作游戲桿的視頻。
人機(jī)混合智能的前沿技術(shù)
腦機(jī)接口技術(shù)作為大腦與外界設(shè)備溝通交流的“信息高速公路”，是新一代人機(jī)交互與人機(jī)混合智能的前沿技術(shù)。北京腦科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏解釋稱：“簡單而言，腦機(jī)接口就是捕捉大腦電信號的微妙變化，解碼大腦意圖，實(shí)現(xiàn)‘意念’控制‘動作’，不動手也能隔空操控機(jī)器。”
他進(jìn)一步解釋稱，決定腦機(jī)接口性能的核心在于腦電信號捕捉的清晰度、轉(zhuǎn)化的精準(zhǔn)度。“前者靠電極，后者靠算法。”羅敏敏表示，“腦機(jī)接口比拼的是安全、穩(wěn)定、有效，這是一個系統(tǒng)性工程，關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破。”
“北腦二號”配備了高通量柔性微絲電極，這相當(dāng)于一個“傳感器”，通過腦內(nèi)植入，可以讀取腦電信號，其性能決定著捕捉腦信號的數(shù)量與質(zhì)量。
北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李園介紹稱，“北腦二號”柔性電極的有效通道數(shù)、長期穩(wěn)定性等指標(biāo)均達(dá)國際領(lǐng)先水平。不同于硬質(zhì)電極，柔性微絲電極植入獼猴腦內(nèi)一年后，仍能精確采集到腦電信號。
此外，“北腦二號”還配備千通道高速神經(jīng)電信號采集設(shè)備以及基于前饋控制策略的生成式神經(jīng)解碼算法。算法相當(dāng)于一個“翻譯官”，能把大腦意圖精準(zhǔn)解析出來，在大腦皮層神經(jīng)活動與運(yùn)動參數(shù)之間建立精確映射。
據(jù)介紹，“北腦二號”系統(tǒng)已經(jīng)在猴子顱內(nèi)穩(wěn)定植入將近一年，在全球首次實(shí)現(xiàn)獼猴通過意念控制對二維運(yùn)動目標(biāo)的腦控?cái)r截，解決了大規(guī)模單細(xì)胞信號長期穩(wěn)定記錄和實(shí)時解碼的國際前沿難題，電極性能關(guān)鍵指標(biāo)國際領(lǐng)先。
李園告訴第一財(cái)經(jīng)記者，目前“北腦二號”已進(jìn)行了約10例猴子試驗(yàn)，以測試不同的電極，進(jìn)行不同的運(yùn)動解碼任務(wù)。
羅敏敏對第一財(cái)經(jīng)記者表示，目前正在準(zhǔn)備人體試驗(yàn)，包括患者的篩選。“運(yùn)動障礙是主攻方向。”他說道。
腦機(jī)接口是各發(fā)達(dá)國家在腦科學(xué)與類腦研究領(lǐng)域的科技競爭高地，需要跨多個學(xué)科集成復(fù)雜系統(tǒng)，產(chǎn)業(yè)上下游鏈路長，研發(fā)過程涉及電極、芯片、數(shù)據(jù)、算法、分析軟件、生物相容性材料等多個環(huán)節(jié)。
面向腦機(jī)接口的國際前沿發(fā)展趨勢，中國已有多個科研團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)不同技術(shù)路徑的腦機(jī)接口設(shè)備，其中主要包括侵入式、半侵入式以及非侵入式技術(shù)。
在這一背景下，北京腦科學(xué)與類腦研究所牽頭制定“智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計(jì)劃”，2023年，北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司成立，專注于腦機(jī)接口研發(fā)與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用，面向國際前沿研發(fā)腦機(jī)接口核心部件，開發(fā)神經(jīng)解碼算法，多維度統(tǒng)籌系統(tǒng)集成，針對臨床應(yīng)用等場景研發(fā)產(chǎn)品，進(jìn)行商業(yè)轉(zhuǎn)化。
“北腦二號”的上一代產(chǎn)品“北腦一號”聚焦半侵入式采集腦皮層電信號，目前也已進(jìn)入臨床研究。
羅敏敏向第一財(cái)經(jīng)記者強(qiáng)調(diào)，我國腦機(jī)接口的發(fā)展還有很長的路要走，雖然取得了一定進(jìn)展，但仍要正視與真正的“世界一流”的差距。
正視國內(nèi)外差距
近年來，中國在腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)展迅速，成果不斷。今年1月29日，腦機(jī)接口被寫入工信部、科技部等七部門聯(lián)合印發(fā)的《推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》。該文件聚焦未來產(chǎn)業(yè)，明確提出需要加強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)、腦機(jī)接口、新型顯示以及6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研發(fā)。
在政策的加持下，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出一批面向產(chǎn)業(yè)化的腦機(jī)接口創(chuàng)新企業(yè)。例如腦虎科技、博?？?、強(qiáng)腦科技等。
腦虎科技表示，去年上半年就曾在臨床上完成3項(xiàng)植入手術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元Spike信號記錄、漢語言解碼與合成，以及患者術(shù)中語言區(qū)實(shí)時定位等功能，能指導(dǎo)外科醫(yī)生精準(zhǔn)切除腦區(qū)病灶，同時保留患者的重要腦功能。
今年1月31日，清華大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布新聞稱，清華大學(xué)與宣武醫(yī)院團(tuán)隊(duì)成功進(jìn)行首例無線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)。據(jù)介紹，一名四肢癱瘓14年的高位截癱患者在植入10天后出院，經(jīng)過三個月的居家康復(fù)訓(xùn)練后，患者可以通過腦電活動驅(qū)動氣動手套，實(shí)現(xiàn)自主喝水等腦控功能，抓握準(zhǔn)確率超過90%。
第一財(cái)經(jīng)記者了解到，博睿康是清華團(tuán)隊(duì)背后的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化公司。2022年12月，該公司獲得數(shù)億美元C輪融資。
在博?？?022年的融資新聞中，清華醫(yī)學(xué)院洪波教授曾這樣評論該公司：“當(dāng)前博?？的X電設(shè)備的性能已經(jīng)和日本光電、美國Natus站在了同一高度。腦電設(shè)備之于腦機(jī)接口行業(yè)，就像iPhone之于手機(jī)行業(yè)；圍繞扎實(shí)的硬件和操作系統(tǒng)，開發(fā)者可以改進(jìn)電極材料、迭代軟件算法。”
不過，目前以Neuralink為代表的國際腦機(jī)接口廠商在技術(shù)方面仍然領(lǐng)先，并已率先進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)。今年1月28日，Neuralink宣布完成了首例人類患者大腦芯片植入，患者恢復(fù)良好，并且初步結(jié)果顯示了頗有前景的神經(jīng)元脈沖峰電位（neuron spike）的探測。
今年2月時馬斯克表示，這名患者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過意念來控制電腦鼠標(biāo)。腦虎科技CEO彭雷當(dāng)時向第一財(cái)經(jīng)記者預(yù)測，Neuralink估計(jì)會展示腦機(jī)接口對手機(jī)及電腦控制、對機(jī)械臂控制以及語言輸出這三個主要場景。
針對腦機(jī)接口未來的發(fā)展方向，彭雷表示，未來腦機(jī)接口芯片的演進(jìn)趨勢一定是通道數(shù)越來越高、單通道功耗越來越低，前端信號處理的壓縮能力越來越強(qiáng)；另外植入式產(chǎn)品的芯片需要滿足醫(yī)療器械的法律法規(guī)，包括溫升、功耗等要求。
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明在近期接受媒體采訪時表示，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)是針對高位截癱患者的功能恢復(fù)。他認(rèn)為，未來腦機(jī)接口研發(fā)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)。
除了政策支持外，腦機(jī)接口的發(fā)展也需要大量資本加持。根據(jù)Neuralink公司去年11月向美國證監(jiān)會的提交的文件，該公司目前已經(jīng)至少籌集了3.23億美元的資金，這也使這家備受關(guān)注的腦機(jī)接口公司的估值超過50億美元。
在國內(nèi)，目前國資背景的產(chǎn)業(yè)投資基金在推動腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)。以芯智達(dá)為例，該公司由中關(guān)村發(fā)展集團(tuán)旗下北京北腦創(chuàng)業(yè)投資基金控股。
民營資本方面，天橋腦科學(xué)研究院（TCCI）支持并資助了中科院微系統(tǒng)所和華山醫(yī)院神經(jīng)外科團(tuán)隊(duì)的腦機(jī)接口解碼中文語言和柔性腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)。據(jù)TCCI披露的數(shù)據(jù)，截至2023年，TCCI累計(jì)投入超過約15億元人民幣資金，用于支持國內(nèi)國際腦科學(xué)研究，涵蓋了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的完整鏈條。
TCCI聯(lián)合創(chuàng)始人陳天橋認(rèn)為，中國研究人員在某些程度上可以超越Neuralink。他在接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時曾表示，人工智能技術(shù)在近年來腦科學(xué)的前沿領(lǐng)域腦機(jī)接口方面發(fā)揮著巨大的作用，希望更多人工智能人才能夠加入腦科學(xué)領(lǐng)域。
本文轉(zhuǎn)自于 第一財(cái)經(jīng)
