中国脑机接口新突破！清华大学科研团队公布了两个案例

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　　失语者能“开口说话”、瘫痪患者可通过“意念”指挥机械……近年来，随着脑机接口技术不断发展，一些以往只存在于科幻电影中的场景，频频出现在我们的视野中。

　　

　　近日，清华大学科研团队公布了两个案例，两位高位截瘫患者分别通过无线微创脑机接口实现了意念控制光标移动、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢瘫痪14年来，第一次实现了“用手喝水”。

　　

　　本文转载自微信公众号“央视新闻”（ID：cctvnewscenter），原文首发于2024年3月2日，原标题为《中国脑机接口新突破！四肢瘫痪14年的患者实现用“意念”喝水》。

　　

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　　截瘫患者通过意念

　　

　　控制光标移动和持握

　　

　　35岁的截瘫患者小白，在去年12月接受了无线微创脑机接口植入手术，经过两个多月康复训练，目前他已经能够实现意念控制光标移动。医生介绍，通过脑机接口，可获取大脑运动区的神经信号，再通过解码体现患者的运动意图，从而实现“意念控制活动”。

　　

　　

　　

　　另一名患者是四肢瘫痪长达14年的杨先生。他在去年10月接受了植入手术，这也是我国首例无线微创脑机植入手术。目前杨先生通过意念控制手套外骨骼，部分恢复了抓握功能，平均能在十秒内把水瓶或者物件拿到指定的位置。

 

　　

　　杨先生根据指令将水瓶放到指定位置

　　

　　不光如此，他还能自如地用脑信号来控制机械手，并在瘫痪后第一次拿起水瓶自己喝水。

　　

　　杨先生说：“你在想它（拿水瓶）的同时，就能攥上了。老幸福了，对提高生活质量有很大帮助。”杨先生妻子也对此十分惊喜，她期待随着科技进步，杨先生可以自主完成更多日常活动。

　　

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　　意念控制动作

　　

　　究竟如何实现？

　　

　　专家介绍，在杨先生头部植入的仅有硬币大小的装置集成了脑机接口处理器、无线通信和供电接口以及用来采集脑电波的电极。植入位置位于颅骨外侧，只有电极进入颅骨内，贴在硬脑膜外。此外，这套系统还包括信息采集供电模块、脑电波解码翻译模块，以及气动手套外骨骼等。

　　

　　

　　

　　病人体内外分别有一个线圈，外面的线圈既能够隔着皮肤供应电，也能够把病人大脑里的脑信号传输出来，实现了无线的供电和无线的通信，再用采集到的信号来指挥气动手套外骨骼。

 

　　专家介绍，脑机接口分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类：

　　

　　非侵入式脑机接口通过头皮采集脑电波，安全性最高，但信号质量低，功能有限；

　　

　　侵入式直接将电极植入大脑皮层，可获得最高质量的神经信号，但对患者来说创伤大、风险高；

　　

　　清华大学开发的无线微创脑机接口为半侵入式，将电极植入患者大脑硬膜外，不破坏神经组织，可获得较高信号强度和分辨率，同时降低了免疫反应和损伤神经细胞的风险。

　　

　　3

　　

　　脑机接口应用前景广泛

　　

　　或可用于治疗癫痫、认知障碍等

　　

　　当前世界主要国家都将未来视为“脑科学时代”，我国也在2017年启动了中国“脑计划”，其中脑机接口是重要组成部分。

　　

　　中国科学院院士，中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明介绍，目前脑机接口的应用主要是在医学领域，全球科学家开展的脑机接口临床试验，多数是针对高位截瘫患者的功能恢复。

　　

　　在此次临床试验中，除了读取大脑运动皮层信息之外，联合团队还专门设计了对大脑感觉信息的记录通道。“不仅运动皮层有记录，它还有一个感觉区皮层的记录，可记录反馈信息。”

 

　　当大脑能够接收到发出动作的反馈信息后，动作思维就形成了一个完整的信息回路，将大大提升脑机接口在神经医学领域应用的效果。蒲慕明介绍：“比如说癫痫治疗，在有效果之后就可以停止刺激，是闭环的系统。”

　　

　　接下来，团队的目标是通过迭代开发打造一个通用的微创脑机接口平台，用于癫痫、认知障碍等更多脑疾病的康复。

　　

　　延伸阅读

　　

　　发展脑机接口，中国实力几何

　　

　　记者 | 刘育英

　　

　　本文转载自中国新闻网，原文首发于2024年2月28日，原标题为《（经济观察）发展脑机接口，中国实力几何？》。

　　

　　近几个月，埃隆·马斯克创办的Neuralink(神经连接)公司和中国科研团队相继发布脑机接口试验新突破，彰显脑机接口这一技术正在从科幻走向现实。

　　

　　近日，记者专访中国信息通信研究院云计算与大数据研究所副所长闵栋，了解中国如何布局脑机接口，以及脑机接口的现状和未来。2023年9月，该所牵头在人工智能医疗器械创新合作平台成立脑机接口研究工作组。

　　

　　2023年10月24日，清华大学医学院科研团队与宣武医院开展全球首次NEO(无线微创植入脑机接口)试验取得成功。试验中患者因车祸引起颈椎处脊髓完全性损伤，处于四肢瘫痪状态已经14年。经过三个月的居家脑机接口康复训练，患者可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能。

　　

　　今年1月30日，埃隆·马斯克表示，首位植入该公司脑机接口设备的患者已经能够通过大脑直接控制电脑鼠标。

　　

　　对于这两起案例的技术水平，闵栋对中新社记者表示，按医疗器械的进展，目前两个器械属于同一阶段，均在小规模临床试验阶段。

　　

　　而技术路线又有不同。“马斯克公司采用的是有创路线，电极侵入大脑皮层，采集的是单细胞放电，需要通道数更高，运动解码可实现更高精度的控制。但长期被电极插进脑细胞引发胶质细胞的免疫反应，胶质细胞会包裹电极，导致信号变差、系统难以顺畅工作，这是Neuralink面临的临床问题。”闵栋表示。

　　

　　中国科研团队的微创脑机接口电极植入在硬脑膜外，不破坏血脑屏障，采集的是场电位信号，长期系统稳定性及安全性更高一些，但解码精度不如有创侵入式系统。

　　

　　脑机接口已成为全球科技前沿热点之一。欧盟、美国、日本、韩国、澳大利亚等地区和国家推出了针对该技术的许多重大研发计划和典型投资项目。

　　

　　闵栋介绍，近年来，脑机接口在电极、算法、芯片等方面都取得了重要进展，也包括进行科学试验的结果。在应用方面，脑机接口可应用于医疗、娱乐、智能生活、教育、军事等领域。其中医疗领域是脑机接口应用的主要阵地，占据约六成的市场份额。

　　

　　脑机接口与医疗的结合展现出广阔的应用前景。研究机构Data Bridge Market Research(数据桥市场研究)数据显示，2022年脑机接口市场规模为17.40亿美元，预计到2030年将达到56.92亿美元，期内年复合增长率为15.61%。

　　

　　2024年1月中国工信部等七部门对外发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将脑机接口作为十大标志性产品之一。

　　

　　那么中国的实力处于什么水平？闵栋介绍，中国国内的脑机接口产品以非侵入式为主。从脑机接口的生态发展看，在各界努力下，中国正在形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链。在脑机接口软件研究方面，诸多研究机构在算法、范式等方面的研究水平已跻身国际一流的行列。

　　

　　通过对incoPat专利数据库检索，2013年—2022年医学领域的脑机接口专利申请数量为1239件。其中，中国是专利公开数量最多的国家，为602件，高于美国(195件)、韩国(119件)等其他国家。

　　

　　“科研机构所使用的脑电采集设备绝大多数都是国外生产的产品，尽管近十年来国内的脑电仪器设备性能已有大幅度提高，但国内所生产的设备在科研仪器市场的占有率还非常有限。”闵栋说。

　　

　　发展脑机接口的挑战还在于安全性、生物兼容性、个人隐私等。闵栋建议，攻克技术瓶颈，重点突破一批具有显著临床价值的产品，大力推进相关应用试点，同时增加对大众科普脑机接口基本原理及相关知识，避免引起不必要的臆想、恐慌。