观众在北京世界机器人博览会上体验人工智能多模态脑机接口平台。 人民视觉 陈晓根 摄

中国品牌博览会上，工作人员使用脑机技术控制的假肢书写书法。新华社记者 方哲 摄

右手戴着驾驶气动手套，牢牢握住水杯，拿起、喝水、放下……截瘫患者老杨实现了喝水的自主“大脑控制”。 今年1月，首都医科大学宣武医院和清华大学团队宣布成功开展无线微创脑机接口临床试验，并在患者行为能力方面取得突破。

利用脑电活动控制运动，利用微小电流实现脑细胞与计算机的“交互”……这些以往只出现在科幻小说中的场景，随着脑机接口的发展和应用，正在逐渐成为现实。技术。 脑机接口被誉为人脑与外界沟通的“信息高速公路”。 它是新一代人机交互和人机混合智能的前沿技术。 有望成为促进经济社会发展、改善民生健康的未来产业。

通过记录和解释大脑信号在大脑和设备之间交换信息

50多岁的截瘫患者老杨，因车祸导致颈椎脊髓完全损伤，四肢全部瘫痪14年。 2023年10月，首都医科大学宣武医院赵国光教授团队与清​​华大学医学院洪波教授团队联合完成了无线微创脑机接口的临床试验。 实验中，研究人员将两枚硬币大小的脑机接口处理器植入老杨的头骨中，然后采集颅内神经信号，让他利用脑电活动驱动气动手套，实现自主“大脑控制”饮水。

据介绍，该系统采用无线微创设计。 内机埋在患者颅骨内，电极覆盖在硬膜外（硬膜位于颅骨和大脑皮层之间，保护神经组织），不会损伤脑细胞。 使用时，外机采用近场无线供电和信号传输技术，通过头皮为内机供电，接收大脑传来的神经信号，传输到电脑或手机上，利用解码算法实现大脑-计算机接口通讯。

经过几个月的家庭康复训练，老杨的抓握准确率超过了90%，脊髓损伤临床评分和感觉诱发电位反应也明显提高。 2023年12月，该系统第二例脊髓损伤患者植入手术在首都医科大学附属北京天坛医院成功实施。 经过一段时间的康复训练，患者不仅能够抓握水瓶，还能控制电脑屏幕上的按钮。 光标移动。

这两项无线微创脑机接口临床试验分别通过了宣武医院和天坛医院的伦理审查，并已注册国际、国内植入式医疗器械临床试验。 首都医科大学宣武医院院长赵国光表示：“医学与工程的交叉融合推动了脑机接口的创新发展，这项技术在帮助脊髓损伤、癫痫等患者方面具有广阔的应用前景。其他脑部疾病才能康复。”

脑机接口在人类或动物大脑与外部设备之间创建通信和控制“通道”。 它通过记录和解读大脑信号，实现大脑与设备之间的信息交换。

脑机接口可分为输出型和输入型两种。 输出脑机接口主要将大脑向外部设备输出通信或控制指令，不依赖周围神经或肌肉，直接将用户的感知、表征、认知和思维转化为行动。 这种脑机接口比较常见，老杨就用的就是这种脑机接口。

还有输入式脑机接口。 它主要是利用外部装置或机器绕过周围神经或肌肉系统，直接向大脑输入电、磁、声、光刺激或神经反馈，调节中枢神经活动。 它已被用于治疗听力障碍。

对于输出脑机接口来说，如何获取大脑信号至关重要。 电极作为脑机接口的关键采集设备，决定着采集到的脑信号的质量和最终的控制效果。 目前，从技术上来说，脑机接口主要分为侵入式（侵入式）和非侵入式（非侵入式）两大方向。

侵入式脑机接口是指通过开颅手术将能够接收信号的电极植入大脑。 这项技术需要将电极长时间放置在大脑中。 近年来，随着微纳处理技术和电极材料的不断发展，侵入式脑机接口朝着柔性化、小型化、高通量和集成化方向发展，但仍无法覆盖整个大脑。 非侵入式脑机接口不会损伤人体和组织，仅采集头皮表面极其细微的大脑信号。 此类脑机接口具有动态监测全脑信号的特点，系统简单易操作，具有良好的生物相容性和安全性。 但采集的脑电信号容易受到外界干扰，对信号感知和处理技术要求较高。

医疗健康领域是脑机接口最重要的应用领域。 北京脑科学与脑整合研究所联席所长罗敏敏表示：“包括对高位截瘫患者的语言解码和动作解码，治疗癫痫、抑郁症等疾病，甚至将图像处理成电信号来刺激视觉皮层，让盲人康复。 一定的愿景。 这些都是未来值得期待的脑机接口应用场景。”

我国脑机接口创新生态不断完善，技术持续深度迭代，向规模化方向发展

“精神控制”听起来像科幻小说。 它是如何实现的？ 事实上，患者一个简单的动作变成了一个复杂的技术过程，这也凝聚了多个领域研究人员的共同努力。

首先，脑机接口的运行包括四个阶段：记录、解码、控制和反馈。 罗敏敏举了一个例子。 在自主“脑控”喝水的过程中，脑机接口记录了人思维变化引起的神经细胞电活动。 解码后，将信息传输给驱动气动手套并控制其动作，从而获得视觉和触觉。 的反馈.

天津大学副校长董明表示：“脑机接口融合了医学、计算机、电子、机械、材料等多学科的先进理论和前沿技术。”

近年来，随着生物医学工程、神经工程与康复工程、认知神经科学与心理科学、人工智能等领域的发展，脑机接口工程化进程加快，产业化发展明显加快。 2014年巴西世界杯揭幕战中，截瘫青年朱利亚诺·平托借助脑机接口技术为足球比赛拉开序幕； 2016年，神舟十一号载人飞船飞行过程中，中国航天员完成了脑机交互技术的在轨验证； 许多国际团队已经利用脑机接口技术帮助患者实现“思维打字”、“思维说话”等功能……

近年来，我国脑机接口创新生态不断完善，技术持续深入迭代，产品和服务供给日益丰富，并正在向规模化方向发展。

2023年初，“智能脑机系统增强计划”在北京脑科学与脑模拟研究院启动，力争3至5年内突破侵入式脑机接口关键技术并实现初步临床应用程序。 北京市还采取“基金+企业”的组织模式，设立了北京北脑创业投资基金（有限合伙）和北京新智达神经科技有限公司。

目前，新智达公司已与国内多所大学和机构合作，立项创新项目10余个，各项研发工作取得阶段性进展。 新智达公司业务发展总监李源表示：“我们研发的‘北脑一号’和‘北脑二号’的脑机系统采用的是皮质电极技术。目前，柔性高密度大脑皮质电极、完成了高性能脑机系统的研发，并在动物实验中得到验证；后者对标国际先进的高通量柔性微丝电极技术，结合大通道高通量脑机电系统。目前，有线版本已在猕猴身上实现了灵活的‘大脑控制’拦截二维移动光标。”

天津大学神经工程团队是国内最早从事脑机接口研究的团队之一。 明东介绍，“神功”系列产品实现了主动康复训练中皮质和肌肉活动的同步整合和协调，在运动康复领域取得了突破。 例如，神经调节机械外骨骼系统“神工-神甲”核心部件已获得国家医疗器械注册证，关键技术已在国内多家三级医院开展千余项临床试验。

“我国脑机接口在软件、关键算法、典型应用等方面取得了一定的创新突破。” 明东表示，但脑机接口要走向更广泛的应用，还需要不断探索创新，通过实践进行检验。 效力。

加快突破底层关键技术，培养高素质复合型人才，建立健全相关产业链

目前脑机接口解码大部分还是头皮脑电，大脑内部很多神经元还无法分析； 应用水平多处于临床试验阶段，尚未形成大众化、面向市场的产品。

明东举了一个例子。 脑神经信号的产生和表达是一个非常复杂的过程。 需要在复杂的神经表征中找到与特定意图相对应的神经活动模式，并通过高效的算法有效地分析这些信号。 “后续过程还涉及神经肌肉刺激、外部机械控制、反馈给受试者等多个步骤，可以说是一个复杂的闭环过程。”

我国高度重视脑机接口技术的发展。 “十四五”规划纲要提出，在类脑智能等前沿技术和产业变革领域组织实施未来产业孵化加速计划，规划布局一批未来产业。 罗敏敏认为，我国脑机接口单点技术突破正在加速，产业链也比较完整。 但系统集成能力有待提高，专利多而不优的现象比较突出。 未来，要在明确任​​务导向和长期稳定支撑的基础上，加快基础关键技术突破，鼓励有组织的科学研究，注重基础研究、产业发展和临床实践相结合。 加强主管部门联动协调，推动政策落实更加有效。

明东建议，引导高水平大学通过交叉学科设置，培养高素质复合型人才。 同时鼓励学校与企业共同建设高水平科研创新平台，共同承担脑机接口领域重点研究任务，解决产业化问题，建立健全相关产业链。 要科学对待脑机接口研究成果，避免对脑机接口技术进行炒作、夸大、概念化。

2023年9月，科技部等部门联合印发的《技术伦理审查办法（试行）》明确规定，涉及人体研究参与者的科技活动应当接受科技伦理审查，并明确规定高等学校、科研机构、医疗卫生机构、企业等是本单位科技伦理审查和管理的责任单位。 2023年12月，国家科学技术伦理委员会人工智能伦理分委会编制了《脑机接口研究伦理指南》，促进脑机接口研究合规开展，防范过程中的科技伦理风险脑机接口研究与技术应用。 指导。

罗敏敏表示，脑机接口的发展面临技术伦理、安全性、有效性验证等方面的挑战。 有必要进一步在技术提供者、用户、政策制定者和公众之间建立共识，充分了解潜在的风险和收益。 ，在保证行业健康有序发展的同时，赋予脑机接口技术创新合理的灵活性。

《人民日报》（2024年4月8日第19页）