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用意念操控機械臂寫字，通過腦電波遙控指揮無人機……這些過去只出現(xiàn)在科幻電影里的場景，正在腦機接口技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中逐步走進現(xiàn)實。
腦機接口，顧名思義，是在人腦與外部設(shè)備之間建立直接的通信通道，它像是架設(shè)在大腦與機器之間的“橋梁”，不僅推動人機交互方式的演進，也為腦科學(xué)研究和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療開辟了新路徑。
“這項技術(shù)具備顯著的創(chuàng)新性、交叉性與前沿性，是推動多學(xué)科融合發(fā)展的重要引擎。”腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長李文宇表示，近年來，我國腦機接口創(chuàng)新生態(tài)不斷完善，技術(shù)持續(xù)深入迭代，產(chǎn)品服務(wù)供給日益豐富，正向著規(guī)?；较虼蟛竭~進。
康復(fù)訓(xùn)練有了“讀心術(shù)”
腦機接口這項神奇的技術(shù)是如何運作的？
具體來說，當大腦在思維活動時，神經(jīng)元會放電形成腦電波，腦機接口通過識別腦電波特征直接讀取大腦意圖，并轉(zhuǎn)換成控制指令或輸出信號，從而實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制或與外部設(shè)備的交互。
在技術(shù)路徑上，目前腦機接口分為侵入式（有創(chuàng)）和非侵入式（無創(chuàng)）兩大方向——非侵入式腦機接口，是在頭皮表面使用電極、傳感器等設(shè)備，獲取大腦活動信息；侵入式腦機接口，則是通過在大腦皮質(zhì)植入電極，可實現(xiàn)更高精度、更復(fù)雜的神經(jīng)控制功能。
當前，非侵入式腦機接口技術(shù)相對成熟，在腦卒中運動康復(fù)、腦健康檢測等領(lǐng)域已取得積極進展，發(fā)展勢頭良好。
“再試一次，集中注意力想著‘向前走’……”近日，河南翔宇醫(yī)療設(shè)備股份有限公司舉辦了一場腦機接口新品體驗活動，伴隨工作人員的引導(dǎo)，體驗者王先生頭戴腦電采集設(shè)備，僅靠意念操控，身下的下肢外骨骼機器人便開始緩慢行走。
“以前在網(wǎng)上看到腦機接口相關(guān)信息，總覺得很遙遠，今天親身體驗才發(fā)現(xiàn)，它好像擁有‘讀心術(shù)’一般，能讓‘心想’變?yōu)椤鲁伞 苯衲?8歲的王先生因中風(fēng)導(dǎo)致下肢行動不便，體驗過外骨骼機器人后難掩激動。
翔宇醫(yī)療腦科學(xué)實驗室產(chǎn)品總監(jiān)夏黎君告訴記者，腦機接口應(yīng)用于康復(fù)已有多種范式，通過實時采集穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位、事件相關(guān)電位等腦電信號，經(jīng)過算法處理后驅(qū)動外部設(shè)備，形成“腦電采集—信號分析—運動反饋”的閉環(huán)系統(tǒng)?！懊恳淮纬晒Φ挠?xùn)練都在促進神經(jīng)功能重塑，這為脊髓損傷或中風(fēng)的患者提供重新動起來、站起來的可能?！?/p>
夏黎君介紹，翔宇醫(yī)療的腦機接口技術(shù)已應(yīng)用于認知言語訓(xùn)練、運動康復(fù)、神經(jīng)調(diào)控等多種場景，自主研發(fā)的多通道無線腦電采集裝置，信號準確率超92%。記者了解到，目前國內(nèi)已有多家企業(yè)取得腦機接口運動康復(fù)設(shè)備的醫(yī)療器械注冊證，用于腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練，取得較好療效。
與此同時，我國在侵入式腦機接口多條技術(shù)路線也取得長足進步，相繼進入臨床試驗階段。
在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院，一位77歲的高位截癱患者通過腦中想象，驅(qū)使機械臂成功寫下了“浙江大學(xué)”4個字，這項成就得益于5年前專家團隊在患者腦中植入的兩塊微型芯片，它能精準解碼神經(jīng)信號，實現(xiàn)“腦控”寫字，與常人的反應(yīng)速度相差僅0.2秒；在首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院，四肢癱瘓14年的楊先生實施無線微創(chuàng)腦機植入手術(shù)后，不僅能用意念操控外骨骼手套完成抓握動作，甚至可以獨立拿起水瓶喝水。
“在醫(yī)療健康領(lǐng)域，腦機接口技術(shù)目前雖存在不同技術(shù)路線，但未來它們有望殊途同歸。”翔宇醫(yī)療董事長何永正說，“無創(chuàng)技術(shù)正不斷逼近有創(chuàng)效果，有創(chuàng)技術(shù)則持續(xù)減少創(chuàng)傷，大家的最終目標是一致的?！?/p>
用意念開啟智慧新生活
隨著腦機接口技術(shù)的飛速發(fā)展，其在非醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用場景也在不斷擴展。
駕駛員頭戴腦機接口設(shè)備，僅憑一個意念，車窗便流暢地自動打開。
“我們借助腦機交互技術(shù)，實現(xiàn)了對車內(nèi)部分裝置的精準控制，系統(tǒng)響應(yīng)延遲低于0.2秒。”近日，在吉林省長春市的一處試驗場內(nèi)，來自吉林大學(xué)仿生科學(xué)與工程學(xué)院的科研人員正在對測試數(shù)據(jù)進行分析。記者了解到，通過佩戴特制的腦電波監(jiān)測設(shè)備，駕駛員大腦產(chǎn)生的神經(jīng)信號能被精準捕捉并轉(zhuǎn)化為指令，實現(xiàn)開啟車窗、播放音樂等操作。
在床上躺著不動，周圍的電器隨著大腦的意念變化而自動運作——在Xmuse腦電波儀的助力下，這一場景如今已成現(xiàn)實。以“放松關(guān)燈，眨眼變色”為例，用戶戴上設(shè)備后，可以用意念調(diào)節(jié)房間燈光亮度，甚至關(guān)燈。
這款由福建企業(yè)盈趣科技生產(chǎn)的腦控智能家居產(chǎn)品從外觀上看，酷似頭戴式耳機。盈趣科技總裁助理陳建成說，設(shè)備依靠監(jiān)測腦電波，記錄大腦皮層的微小電信號，反映神經(jīng)元活動狀態(tài)，同時捕捉微動作，判斷使用者當前所處的狀態(tài)，讓空間內(nèi)的智能家居為使用者服務(wù)。
在腦機接口核心器件方面，我國也取得了一系列具有代表性的階段性成果。
元思（青島）科技有限公司內(nèi)，一位體驗者頭戴輕盈頭環(huán)，緊盯計算機屏幕十幾秒，其身旁的無人機便應(yīng)聲起飛，依次穿過兩道高低不同的拱門。
元思科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家王文愷解釋說，腦機接口的前端是連接大腦與機器的“第一道門”，其信號采集的質(zhì)量直接決定了大腦指令能否被精準“翻譯”，這是決定應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。
“我們通過材料層創(chuàng)新確保采集數(shù)據(jù)的‘純凈度’，再借助低功耗通信系統(tǒng)實現(xiàn)高效傳輸，這正是解決方案的核心優(yōu)勢?！蓖跷膼鸨硎?，這套擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系，已形成涵蓋高精度腦電采集系統(tǒng)、多模態(tài)神經(jīng)電信號算法的完整布局，成功實現(xiàn)了從實驗室研發(fā)到終端應(yīng)用的高效技術(shù)轉(zhuǎn)化。
“目前，我國腦機接口在軟件、關(guān)鍵算法、典型應(yīng)用等方面均取得了一定的創(chuàng)新性突破?！蹦X機交互與人機共融海河實驗室執(zhí)行主任明東說，腦機接口走向更廣泛的應(yīng)用，還需要不斷探索創(chuàng)新，并通過實踐來檢驗成效。
發(fā)展“路線圖”已明確
近年來，國家在政策層面給予了腦機接口產(chǎn)業(yè)大力支持。
今年7月，工信部等7部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動腦機接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》（以下簡稱《意見》），確定了腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展“路線圖”。意見提出，到2030年，腦機接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力顯著提升，形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)體系，培育2至3家有全球影響力的領(lǐng)軍企業(yè)和一批專精特新中小企業(yè)。
業(yè)內(nèi)人士分析稱，《意見》的出臺將促進腦機接口產(chǎn)業(yè)生態(tài)完善，提升國際競爭實力，同時推動多領(lǐng)域應(yīng)用落地，有益增進民生福祉。
標準對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分重要。國家藥監(jiān)局日前批準發(fā)布《采用腦機接口技術(shù)的醫(yī)療器械 術(shù)語》行業(yè)標準，這是我國第一部腦機接口醫(yī)療器械標準。該標準明確了腦機接口醫(yī)療器械的基本概念，涵蓋范式類型、信號形態(tài)等核心術(shù)語，為產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)檢驗以及監(jiān)管，提供了統(tǒng)一權(quán)威的“通用語言”。
“除了‘術(shù)語’這份標準外，目前還有3項腦機接口醫(yī)療器械標準已通過快速程序立項和制定，包括‘閉環(huán)植入式神經(jīng)刺激器’‘用于人工智能算法的腦電數(shù)據(jù)集’以及‘運動意圖編解碼性能’等?！敝袊称匪幤窓z定研究院械標所副所長鄭佳介紹。
為搶抓腦機接口發(fā)展機遇，今年以來，多地出臺了專項政策對腦機接口領(lǐng)域予以支持?！渡虾Ｊ心X機接口未來產(chǎn)業(yè)培育行動方案（2025—2030年）》，以醫(yī)療級場景為核心，重點推進侵入式、半侵入式腦機接口技術(shù)產(chǎn)品落地應(yīng)用；《北京腦機接口創(chuàng)新發(fā)展行動方案》計劃到2030年，腦機接口生態(tài)初步形成，并將打造1到2個腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展集聚示范區(qū)。
“這些政策共同構(gòu)成了從技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品上市到市場應(yīng)用的完整支持閉環(huán)，讓我們這樣的創(chuàng)新企業(yè)能更清晰地規(guī)劃未來。”王文愷告訴記者。
李文宇認為，整體來看，中國腦機接口產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)探索期與商業(yè)化前期并存的階段，科研機構(gòu)和高校在算法、硬件和信號處理等底層技術(shù)上持續(xù)突破，同時已有部分醫(yī)療康復(fù)和消費電子產(chǎn)品開始落地?！翱梢哉f，腦機接口正處在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵窗口期，技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用正一步步接近‘臨界點’?！?/p>
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