腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一種直接連接大腦與外部設(shè)備的技術(shù)，允許通過(guò)神經(jīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，無(wú)需依賴傳統(tǒng)的肌肉或語(yǔ)言指令。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，腦機(jī)接口就像是大腦和外部世界之間的“超級(jí)鏈接”。它讓我們能夠跳過(guò)軀體，直接用意念來(lái)操控那些曾經(jīng)只能用手或語(yǔ)言控制的設(shè)備，不再需要繁瑣的操作和復(fù)雜的指令，只需一個(gè)念頭就能開(kāi)啟全新的世界。

目前腦機(jī)接口技術(shù)通常根據(jù)“侵入性”被分為：非侵入式（腦外）、侵入式和半侵入式三大類。由于大腦的信息的收發(fā)是通過(guò)神經(jīng)元來(lái)完成的，所以腦機(jī)接口需要通過(guò)“傳感器”來(lái)監(jiān)聽(tīng)神經(jīng)元的活動(dòng)，而傳感器（神經(jīng)電極）距離神經(jīng)元越近，信號(hào)的清晰度就會(huì)越高。因此，半侵入式和侵入式的腦機(jī)接口技術(shù)可以獲得更高清晰度的腦電信號(hào)，但是這類技術(shù)的門檻也相對(duì)較高。埃隆·馬斯克旗下的明星腦機(jī)接口公司Neuralink選擇的就是侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。

雖然中國(guó)在半侵入式和侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上起步相對(duì)較晚，但是近年來(lái)的發(fā)展卻是非常的快，近期國(guó)內(nèi)的多個(gè)腦機(jī)接口技術(shù)團(tuán)隊(duì)都成功取得了新的突破。

全鏈條自主可控！海南大學(xué)腦機(jī)接口專用芯片亮相

據(jù)海南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院官方微信消息，4月13-18日舉行的第五屆中國(guó)國(guó)際消費(fèi)品博覽會(huì)上，海南大學(xué)正式發(fā)布了自主研發(fā)的植入式腦機(jī)接口（BCI）核心技術(shù)與系列產(chǎn)品，包括全球領(lǐng)先的腦機(jī)接口專用芯片、神經(jīng)信號(hào)采集系統(tǒng)、神經(jīng)信號(hào)調(diào)控系統(tǒng)及神經(jīng)元定位系統(tǒng)。

海南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院表示，這一突破標(biāo)志著我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全鏈條技術(shù)自主可控，為腦科學(xué)研究和醫(yī)療應(yīng)用注入“中國(guó)芯”動(dòng)力。

據(jù)介紹，海南大學(xué)腦機(jī)芯片神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)具有近二十年腦機(jī)接口芯片及系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，圍繞侵入式腦機(jī)接口開(kāi)發(fā)了多款核心芯片，包括：SX-R128S4高通量神經(jīng)信號(hào)采集及刺激芯片，SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片，以及SX-WD60低功耗無(wú)線傳輸芯片。

上述芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦機(jī)接口信號(hào)采集、調(diào)控、傳輸?shù)娜溌犯采w，性能對(duì)標(biāo)國(guó)際一線產(chǎn)品，已受到業(yè)內(nèi)多家科研單位、企業(yè)高度認(rèn)可。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示：“專用芯片是腦機(jī)接口系統(tǒng)的核心，團(tuán)隊(duì)一直專注芯片的開(kāi)發(fā)迭代，始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，芯片性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。我們致力于讓科研成果走出實(shí)驗(yàn)室，打破我國(guó)侵入式腦機(jī)接口芯片對(duì)進(jìn)口的依賴，助力中國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)騰飛。”

北腦一號(hào)完成首批無(wú)線人體全植入

此外，作為北京科研工作者自主研發(fā)的智能腦機(jī)系統(tǒng)，“北腦一號(hào)”近期也在北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，完成了國(guó)際首批柔性高通量半侵入式無(wú)線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)98%以上。通過(guò)使用“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)，癱瘓患者能夠隔空操控計(jì)算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運(yùn)動(dòng)功能逐漸康復(fù)。

半侵入式“北腦一號(hào)”和侵入式“北腦二號(hào)”兩套智能腦機(jī)系統(tǒng)，是由北京腦科學(xué)與類腦研究所，和其牽頭成立的北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司共同研制的，均達(dá)到當(dāng)今世界領(lǐng)先水平。3月20日，腦科所、芯智達(dá)和宣武醫(yī)院共同發(fā)布了全球首例無(wú)線植入式中文語(yǔ)言腦機(jī)接口，成功幫助因漸凍癥導(dǎo)致失語(yǔ)的患者重建交流能力的突破性成果。

據(jù)國(guó)家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任、宣武醫(yī)院院長(zhǎng)趙國(guó)光教授介紹，本次臨床試驗(yàn)的首位參與者是一名67歲的漸凍癥（ALS）患者。她于2023年在宣武醫(yī)院確診ALS，隨著疾病進(jìn)展出現(xiàn)了極重度構(gòu)音障礙，與外界的語(yǔ)言溝通極為受限。術(shù)前，趙國(guó)光教授團(tuán)隊(duì)精確定位了患者的語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，并于近日實(shí)施了全球首例無(wú)線植入式中文語(yǔ)言腦機(jī)接口手術(shù)。

在神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人輔助下，將“北腦一號(hào)”精準(zhǔn)植入患者左側(cè)大腦控制語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)域。手術(shù)采取半侵入腦機(jī)技術(shù)路徑，將128通道柔性高密度電極置于硬腦膜外，在最小創(chuàng)傷的前提下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量神經(jīng)信號(hào)采集；將硬幣大小的主控與信號(hào)傳輸裝置嵌入顱骨表面，通過(guò)無(wú)線近場(chǎng)通訊實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)的高效傳輸與無(wú)線供電。術(shù)中測(cè)試及術(shù)后開(kāi)機(jī)均顯示信號(hào)采集質(zhì)量良好。

3月14日患者開(kāi)始接受語(yǔ)言解碼訓(xùn)練，信號(hào)采集良好，僅經(jīng)過(guò)3小時(shí)的訓(xùn)練，62個(gè)常用字詞實(shí)時(shí)解碼準(zhǔn)確率已達(dá)34%。目前患者實(shí)時(shí)解碼準(zhǔn)確率達(dá)52%，已能解碼出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好，我想和家人散步”這樣的語(yǔ)言。結(jié)合基于語(yǔ)言大模型的自適應(yīng)糾錯(cuò)算法實(shí)時(shí)優(yōu)化，已具備簡(jiǎn)單的語(yǔ)言交流能力，展現(xiàn)出顯著的語(yǔ)言恢復(fù)潛力。

今年2至3月，“北腦一號(hào)”還在北大第一醫(yī)院、天壇醫(yī)院相繼完成了國(guó)際首批柔性高通量半侵入式無(wú)線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)98%以上。通過(guò)使用“北腦一號(hào)”，癱瘓患者能夠隔空操控計(jì)算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運(yùn)動(dòng)功能逐漸康復(fù)。同時(shí)，“北腦一號(hào)”是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)失語(yǔ)患者語(yǔ)言解碼的無(wú)線全植入腦機(jī)系統(tǒng)，幫助患者重建交流的能力。

19歲右側(cè)額葉癲癇患者成功植入腦虎科技256通道柔性腦機(jī)接口

近日，另一家國(guó)產(chǎn)腦機(jī)接口技術(shù)廠商——腦虎科技聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所團(tuán)隊(duì)在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院開(kāi)展的高精度實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)解碼臨床試驗(yàn)再獲重要突破——一名19歲右側(cè)額葉癲癇患者成功植入腦虎科技自主研發(fā)的256通道柔性腦機(jī)接口（核心的電極、芯片等都是自研），術(shù)后患者恢復(fù)良好，兩日后順利進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

通過(guò)累計(jì)19.87小時(shí)的Center-out、WebGrid等經(jīng)典范式訓(xùn)練，受試者實(shí)現(xiàn)了對(duì)經(jīng)典游戲《吃豆人》《坦克大戰(zhàn)》和大型復(fù)雜游戲《王者榮耀》《黑神話：悟空》的精準(zhǔn)腦控操作。

不僅如此，基于腦虎科技自主研發(fā)的XessOS腦機(jī)操作系統(tǒng)，受試者可通過(guò)意念流暢地上網(wǎng)和操作各種App（嗶哩嗶哩、小紅書(shū)等）、控制智能輪椅和智能家居設(shè)備（燈光、窗簾等），顯著提升運(yùn)動(dòng)功能障礙群體的自主生活能力。

據(jù)介紹，此次患者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜游戲的精準(zhǔn)腦控，主要得益于腦虎團(tuán)隊(duì)基于256通道柔性腦機(jī)接口，通過(guò)采集局部場(chǎng)電位信號(hào)（LFP），將其與屏幕光標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)映射，形成視覺(jué)反饋閉環(huán)控制機(jī)制，進(jìn)而通過(guò)XessOS腦機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的精準(zhǔn)操控。

在訓(xùn)練過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)采用經(jīng)典的Center-out實(shí)驗(yàn)范式校準(zhǔn)解碼模型：通過(guò)位置—速度卡爾曼濾波算法，將256通道皮層腦電信號(hào)實(shí)時(shí)解碼為光標(biāo)速度指令，使受試者快速掌握閉環(huán)神經(jīng)光標(biāo)的控制能力。

為進(jìn)一步強(qiáng)化腦控能力，團(tuán)隊(duì)又引入了WebGrid范式，要求受試者通過(guò)運(yùn)動(dòng)想象將光標(biāo)移動(dòng)至指定目標(biāo)方格。通過(guò)逐步增加網(wǎng)格復(fù)雜度，受試者的腦電控制能力持續(xù)優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)累計(jì)近20小時(shí)的訓(xùn)練，受試者在增強(qiáng)型用戶界面下光標(biāo)腦控性能達(dá)4.07比特/秒——這一性能已接近馬斯克Neuralink首個(gè)受試者Noland經(jīng)過(guò)60小時(shí)訓(xùn)練后，在增強(qiáng)型用戶界面下的性能。

值得一提的是，整個(gè)臨床試驗(yàn)過(guò)程，受試者狀態(tài)良好，全程表現(xiàn)優(yōu)異。試驗(yàn)結(jié)束后，華山醫(yī)院醫(yī)生團(tuán)隊(duì)借助腦虎科技自研的256通道柔性腦機(jī)接口精準(zhǔn)定位癲癇病灶，成功實(shí)施病灶切除手術(shù)，使受試者運(yùn)動(dòng)功能區(qū)得以完整保護(hù)，恢復(fù)后的受試者未遺留任何功能障礙。

對(duì)此，腦虎科技CEO彭雷對(duì)受試者表示：“你是中國(guó)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)百分之百腦控鼠標(biāo)的年輕人。”

資料顯示，上海腦虎科技有限公司成立于2021年10月，是一家以柔性腦機(jī)接口去保護(hù)和探索大腦的生命科技公司。基于柔性電極系統(tǒng)方案的三大發(fā)展方向，上海腦虎科技就自主開(kāi)發(fā)可臨床大面積推廣的高通量、低創(chuàng)傷、可長(zhǎng)期在體的柔性腦機(jī)接口核心技術(shù)和包括電極、芯片、材料、封裝、植入一體化微系統(tǒng)整體解決方案。