脑机接口提速 未来将如何改变生活?
“北脑二号”模拟实验
前端黄色部分为“北脑二号”柔性电极
从“新”出发
作为新质生产力的代表性领域之一，脑机接口是生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿技术，也是未来产业发展的重要方向。北京青年报记者了解到，本届中关村论坛年会上，作为重大科技成果公布的“北脑二号”就已经在国际上首次实现猕猴对二维运动光标的灵巧脑控。而本次中关村脑机接口创新与发展应用论坛上发布的十大创新案例中，脑机接口在更多生活和生产中的应用，让这一技术从实验室走出、迈向产业有了更广阔的前景。国内外的多个成功案例表明，脑机接口正在提速，那么，未来这项技术将怎样改变我们的生活？
应用
全瘫了15年的老杨“抓住”水瓶
对于很多人来说，拿起杯子喝水只是日常中再普通不过的事，但是对于高位截瘫的老杨来说，完成这一动作是他盼了15年的“奇迹”。作为脑机接口的受试者，去年，首都医科大学宣武医院赵国光团队与清华大学洪波团队合作，将自主研发的半侵入式无线微创脑机接口植入到了老杨体内。老杨也成了该设备的第一例受试者。经过3个多月的康复训练，全身瘫痪15年的老杨实现了自主脑控喝水，手臂也变得有力，甚至可以感受到冷热。
作为无线微创植入脑机接口NEO的首位临床受试者，老杨后脑上有一块微微鼓起的头皮，正是植入在其颅骨内部的脑机接口处理器的位置。“这两个处理器各有4个接触点，总共8个接触点，放置在支配老杨右手的大脑运动区域上。”宣武医院院长赵国光解释。
北青报记者了解到，硬币大小的脑内设备安装在脑骨位置，像两条触须的电极片则在脑皮层接收信号。与脑内设备对应的体外机“贴”到对应位置后，就可以传输脑信号了。
埋好了处理器，能捕捉信号了，接下来就是将脑信号“解码”成计算机语言。植入颅骨下的NEO可读取老杨大脑皮层发出的指令，比如当他想着“握住杯子”时，NEO就把这个指令所代表的脑电信号传递给计算机，再由计算机驱动气动手套，带动老杨的手部完成这一指令。随着复健的持续进行，老杨近期已经可以感到冷热的不同，更是可以不靠气动手套的帮助，就能握住并拿起小半瓶矿泉水。
在老杨之后，同样是高位截瘫的小白也于天坛医院接受了NEO的脑内植入。如今，这位受试者已经可以通过意念移动电脑屏幕上的光标：脑子里想着“握拳”，光标就往下；想着“抬肘”，光标就向上。靠这种控制，小白已经能够操作为其特制的轮椅前进、后退。
“意念操控”正在加速走出实验室
脑机接口，大脑与外界设备沟通交流的“信息高速公路”，是新一代人机交互与人机混合智能的前沿技术。“简言之，就是捕捉大脑电信号的微妙变化，解码大脑意图，实现‘意念’控制‘动作’，不动手也能隔空操控机器。”北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏说。
事实上，很多人对于脑机接口的最初印象来自于电影《黑客帝国》，而随后的《X战警》《头号玩家》等科幻作品让“大脑与机器交互”的想象更为具象化。也许有一天，只需要脑中念头一起，不论是做饭还是洗衣，甚至是工作上的某个环节，设备都能自己“动起来”。
这在几年前还是一个纯纯的“幻想”，而随着“不动手就可操控机器”在多国实验室陆续实现，甚至我国有团队实现脑电波控制机器打字的速度，可以超过普通人用触屏手机打字。这一“幻想”正在加速照进现实。
比起把普通人变成超人，如今更多的科学家更致力于利用脑机接口技术让失能人士“康复”。目前，高级脑功能的重建是脑机接口技术探索的开始，也是研究最集中的领域。在医疗康复领域，科学家们意图让这一技术帮助那些高位截瘫、闭锁综合征、肌萎缩侧索硬化等重度运动功能障碍者，重建运动、语言功能。
揭秘
更优的“北脑二号”
植入到两位受试者脑中的NEO，其体积还有硬币大小，而在本届中关村论坛上展出的“北脑二号”，其植入脑中的核心部件则是一片牵着柔软细丝的小小薄膜——高通量柔性微丝电极。这个只比指甲盖略大、薄如蝉翼的金色半透明薄膜牵出的电极丝直径只有头发丝的十分之一到百分之一，丝上布满大量触点，需在显微镜下才能看清。
清华大学高小榕教授表示，植入式的脑机设备中的植入式柔性电极是脑机接口发展的一个需要解决的课题。脑组织是一个最软的组织，它跟芯片所用的硅在硬度上差了10的6次方。让这两个物质在一起工作，科学家在材料科学方面也一直都在努力。
北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园介绍，“北脑二号”采用的柔性材料生物相容性高、无细胞毒性，能在电极丝上做出大量触点，通道数高，信号捕捉能力强。
根据该公司披露的数据，“北脑二号”在通道数、采样率、采样精度和噪声等电极的关键指标上与Neuralink等国际知名脑机公司披露的数据比肩，甚至多项优于对方。
罗敏敏表示，脑机接口的性能，核心在于脑电信号捕捉的清晰度、转化的精准度，前者靠电极，后者靠算法。算法相当于一个“翻译官”，把大脑通过脑电释放的信号精准解析出来，这就好像把只有0和1的计算机语言，翻译成汉字一样。“北脑二号”应用的算法是国内自研，能在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。
通过这样一套设备，绑住双手的猴子仅用“意念”控制机械臂，可以成功抓住“草莓”。“‘北脑二号’的有效通道数、长期稳定性，均达国际领先水平。不同于硬质电极，柔性微丝电极植入猕猴脑内一年后，仍能精确采集到脑电信号。”李园表示，“北脑二号”有线系统全链路已经跑通，无线全植入系统还在设计中，“我们计划2025年进入临床验证阶段”。
罗敏敏表示，植入式脑机接口，就必须要考虑有效性、长期性、安全性、稳定性和便捷性等问题，更需要在尖端的硬件技术、生物相容性材料以及信号采集方式等，涉及的学科多，链路长，电极技术、芯片、算法、如何与AI交流等等都需要攻克技术难关。
赵继宗院士更是表示，不论国内还是国外，侵入式脑机接口的研究还有很长的路要走。需要经过长期的论证，不是三年五年就能解决的。
非植入式脑机接口应用进展迅速
虽然在医学领域，植入式脑机接口是很多学者追逐的领域，但是非植入式脑机接口在我国研究较早。在高小榕教授看来，我国在非植入式脑机接口已经掌握了全链条的技术，在国际上已经属于第一梯队，甚至部分领域已经领先。北青报记者了解到，现在已经有部分从事非植入式脑机接口研究的公司，在技术商业化上取得了一定进展。
去年，第4届杭州亚残运会开幕式上，残疾人运动员徐佳玲佩戴仿生手点燃了主火炬塔。这一仿生手就是一套非植入式脑机接口与人工智能算法高度整合的智能产品。而这套设备也亮相了日前举办的广交会，该公司智能仿生手体验官穿戴仿生手，在电子琴上灵活舞动，奏出美妙乐曲。
“在广交会上，我们展位吸引了大约3万人，接待了1300多位客商。甚至已经过了闭馆时间，还有客商要看产品。此外，还有更多订单在路上。”BrainCo强脑科技合伙人兼高级副总裁何熙昱锦表示。
在何熙昱锦看来，非植入式脑机接口的发展方向，除了医疗、康复场景外，还在教育、大健康、娱乐、智能家居等越来越多的应用场景中得到应用，呈现多点开花的趋势。“除了智能假肢，我们研发的注意力调控系统、正念舒压产品，通过对脑电实时监测以及神经反馈训练，来提升专注力水平或缓解压力焦虑，我们的脑机智能安睡仪产品，针对全国3亿失眠群体提供脑机接口技术助眠解决方案。未来，非植入式脑机接口产品将会朝着更加多元化、轻便化的方向发展，并与人工智能、AR/VR等科技元素更加紧密地结合。”
而本次中关村论坛年会中的脑机接口创新与发展应用论坛上发布的脑机接口十大创新案例中，驾驶安全防控系统、避免晕车的脑机可穿戴设备、用于危险作业人员状态监测的数字平台等都是非植入式脑机接口设备。
“植入式和非植入式这两条路我们一定要冷静理性地来看待。现在脑机接口这两个研究方向都在向着克服自己的短板、发挥自己长处的方向进军。这两个研究方向最终将殊途同归，就像从两个起点爬山，一定会在山顶相遇。”天津大学副校长明东表示。
扶持
人才培养和政策为产业开“绿灯”
对于脑机接口的发展，从国家到地方都在持续扶持。国家各部委启动了很多政策，以扶持脑机接口的研究和产业，在行业准入和应用场景方面也给开了很多“绿灯”。其中，脑机接口在今年被工信部等七部门列为《关于推动未来产业创新发展的实施意见》的10大标志性产品之一。
政策的出台让这一研究领域积极发展。但在部分业内人士看来，一个产业的发展，技术路径只是选择的问题，不论选哪一种，脑机接口都是多学科交叉。很长一段时间，我国缺乏脑机接口的复合型研究人才，很多学者都是从本学科领域出发，进行脑机接口的研究。而与产业相关的神经学、工程学复合型的人才培养仍旧是短板，这就导致在脑机接口的研究中走了不少弯路。同样，面对脑机接口更广泛的应用场景，也需要更多领域的复合型人才。
如今，人才培养已经有了示范案例。明东对北青报记者表示，2017年，天津大学建立了医学工程与转化医学研究院。同时，天津大学向教育部提出申请，于2018年创办了中国第一个智能医学工程专业，这是医学门类里的第一个工学学位，该专业是典型的新兴交叉学科，旨在培养医工融合领域的拔尖创新复合型人才。
目前，天津大学正在牵头教育部智能医学工程专业“101计划”，统筹组织国内外相关兄弟高校，共同建好一流核心课程、一流核心教材、一流核心实践项目，构建学科融通、学制融通、课程融通、科教融通的长周期培养体系，推动智能医学拔尖人才培养中国方案落地见效。
北京布局脑机接口产业
北京在脑机接口研发上更是给了大量政策支持。早在2023年初，“智能脑机系统增强计划”在北京脑科学与类脑研究所启动，力争在3到5年内突破侵入式脑机接口方面的关键技术，并在临床上实现初步应用。
日前，《加快北京市脑机接口产业发展行动方案（2024-2030）（征求意见稿）》发布，明确北京将主动布局产业技术攻关方向，以揭榜挂帅等形式推动脑机接口专用传感器、芯片、电池、馈通、超细涂层导线等核心器组件。支持脑机接口技术与人工智能、虚拟现实、隐私计算、下一代通信等技术融合发展，加快脑控机器人、外骨骼、智能辅具等核心配套设备的发展。围绕基础共性需求发展的关键软件和工具，开发脑机接口领域开源平台。
此外，《征求意见稿》明确，北京还将丰富脑机接口产品供给。拓展脑机接口入口，加速VR头显、一次性脑电检测头环等终端的规模化推广，丰富在医疗、康养、生活、消费、工业、教育、体育、交通等领域的脑机接口应用，支持脑机接口前沿产品研发。推广基于脑机接口的卒中康复训练、自闭症筛查、作业人员安全监测、睡眠测评和干预等产品。其中，在医疗领域，推动基于脑机接口的阿尔兹海默症诊疗和干预、意识障碍评估和干预、抑郁症筛查和干预、癫痫预警和干预、疼痛评估和干预、自闭症评估和干预、麻醉评估和给药等产品。
《征求意见稿》明确，到2026年，脑机接口核心关键技术实现突破，高通量植入式传感器、高通道采集刺激一体化植入式芯片、植入式微型电池、高密封性馈通、聚酰亚胺材料等国产产品性能水平和稳定性水平达到国际领先。培育5家全国引领龙头企业、100家专精特新“小巨人”单项冠军，产业链供应链在京津冀基本完备。制定脑机接口产业图谱、创新产品名录，推动5项脑机接口医疗器械启动临床试验。推动典型应用场景，形成5项可推广案例。建成1个特色脑机接口体验和展示中心，形成产教融合平台并培养1000人次。
到2030年，脑机接口技术、产品、生态、应用等取得突破，技术体系完善自主。培育3-5家有全球影响力的生态型企业、1000家中小企业，打造1个脑机接口产业发展集聚区。10项以上植入式脑机接口产品成熟商用。吸引海外脑机接口创新力量在京设立5家以上研发中心和分支。优先审查和预审脑机接口专利3000项。产业规模达到3000亿，成为未来产业经济重要增长点。在医疗、康养、工业等领域实现10项标杆应用场景，在消费、教育、体育、交通等领域探索开展10项以上典型应用，形成一批新业务、新应用、新模式、新业态。
未来
用“脑机接口”就像用手机
《征求意见稿》还明确，在娱乐领域，推动脑机接口与元宇宙、虚拟现实、增强现实的结合。研发脑机接口在元宇宙中的人机交互模式，满足虚拟现实人机交互的高带宽交互需求。研发轻质便携、便捷易用、舒适可靠的可穿戴非侵入式脑信号采集记录设备，促进消费应用场景范围的不断扩大。
面向智能家居、智能病房、搜索救援等智慧生活场景，研制推广用于人机交互、智能外设控制的多模态智能可穿戴设备。推动脑机接口技术与大模型技术、具身智能技术、智能传感技术进行交叉融合创新，提高人、机、物多元交互的灵活性、泛化性和安全性。
“以前我们遇到一个疑难杂症，或者要设计一个非常复杂的系统，通过脑机接口，通过人工智能，通过智能的信息处理，就能很快完成或者提供方便。脑机接口今后在游戏、在交通，提升生活幸福感和需要等方面的案例会越来越多。”中国工程院院士顾晓松更是认同，未来脑机接口使用场景很多，“就像现在人们使用手机一样”。
本版文并摄/本报记者张鑫统筹/余美英
（北京青年报）