作為新質生産力的代表性領域之一，腦機接口是生命科學和資訊技術深度交叉融合的前沿技術，也是未來産業發展的重要方向。北京青年報記者了解到，本屆中關村論壇年會上，作為重大科技成果公布的北腦二号就已經在國際上首次實作猕猴對二維運動光标的靈巧腦控。而本次中關村腦機接口創新與發展應用論壇上釋出的十大創新案例中，腦機接口在更多生活和生産中的應用，讓這一技術從實驗室走出、邁向産業有了更廣闊的前景。國内外的多個成功案例表明,腦機解口正在提速,那麼,未來這項技術将怎樣改變我們的生活?
全癱了15年的老楊“抓住”水瓶
對于很多人來說，拿起杯子喝水隻是日常中再普通不過的事，但是對于高位截癱的老楊來說，完成這一動作這是他盼了15年的“奇迹”。作為腦機接口的受試者，去年，首都醫科大學宣武醫院趙國光團隊與清華大學洪波團隊合作，将自主研發的半侵入式無線微創腦機接口植入到了老楊體内。老楊也成了該裝置的第一例受試者。經過3個多月的康複訓練，全身癱瘓15年的老楊實作了自主腦控喝水，手臂也變得有力，甚至可以感受到了冷熱。
作為無線微創植入腦機接口NEO的首位臨床受試者，老楊後腦上有一塊微微鼓起的頭皮，正是植入在其顱骨内部的腦機接口處理器的位置。“這兩個處理器各有4個接觸點，總共8個接觸點，放置在支配老楊右手的大腦運動區域上。”宣武醫院院長趙國光解釋。
北青報記者了解到，硬币大小的腦内裝置安裝在腦骨位置，像兩條觸須的電極片則在腦皮層接收信号。而與腦内裝置對應的體外機“貼”到對應位置後，就可以傳輸腦信号了。
埋好了處理器，能捕捉信号了，接下來就是将腦信号“解碼”成計算機語言。植入顱骨下的NEO可讀取老楊大腦皮層發出的指令，比如當他想着“握住杯子”時，NEO就把這個指令所代表的腦電信号傳遞給計算機，再由計算機驅動氣動手套，帶動老楊的手部完成這一指令。随着複健的持續進行，老楊近期已經可以感到冷熱的不同，更是可以不靠氣動手套的幫助，就能握住并拿起小半瓶礦泉水。
在老楊之後，同樣是高位截癱的小白也于天壇醫院接受了NEO的腦内植入。如今，這位受試者已經可以通過意念移動電腦螢幕上的光标：腦子裡想着“握拳”，光标就往下；想着“擡肘”，光标就向上。靠這種控制，小白已經能夠操作為其特制的輪椅前進、後退。
“意念操控”正在加速走出實驗室
腦機接口，大腦與外界裝置溝通交流的“資訊高速公路”，是新一代人機互動與人機混合智能的前沿技術。“簡言之，就是捕捉大腦電信号的微妙變化，解碼大腦意圖，實作‘意念’控制‘動作’，不動手也能隔空操控機器。”北京腦科學與類腦研究所所長羅敏敏說。
事實上，很多人對于腦機接口的最初印象來自于電影《黑客帝國》，而随後的《X戰警》《頭号玩家》等科幻作品讓“大腦與機器互動”的想象更為具象化。也許有一天，隻需要腦中念頭一起，不論是做飯還是洗衣，甚至是工作上的某個環節，裝置都能自己“動起來”。
這在幾年前還是一個純純的“幻想”，而随着“不動手就可操控機器”在多國實驗室陸續實作，甚至大陸有團隊實作腦電波控制機器打字的速度，可以超過普通人用觸屏手機打字。這一“幻想”正在加速照進現實。
比起把普通人變成超人，如今更多的科學家更緻力于利用腦機接口技術讓失能人士“康複”。目前，進階腦功能的重建是腦機接口技術探索的開始，也是目前研究最集中的領域。在醫療康複領域，科學家們意圖讓這一技術幫助那些高位截癱、閉鎖綜合征、肌萎縮側索硬化等重度運動功能障礙者，重建運動、語言功能。
更優的“北腦二号”解密
“北腦二号”模拟實驗
植入到兩位受試者腦中的NEO，其體積還有硬币大小，而在本屆中關村論壇上展出的“北腦二号”，其植入腦中的核心部件則是一片牽着柔軟細絲的小小薄膜——高通量柔性微絲電極。這個隻比指甲蓋略大、薄如蟬翼的金色半透明薄膜牽出的電極絲直徑隻有頭發絲的十分之一到百分之一，絲上布滿大量觸點，需在顯微鏡下才能看清。
清華大學高小榕教授表示，植入式的腦機裝置中的植入式柔性電極是腦機接口發展的一個需要解決的課題。腦組織是一個最軟的組織，它跟晶片所用的矽在硬度上差了10的6次方。讓這兩個物質在一起工作，科學家在材料科學方面也一直都在努力。
北京芯智達神經技術有限公司業務發展總監李園介紹，“北腦二号”采用的柔性材料生物相容性高、無細胞毒性，能在電極絲上做出大量觸點，通道數高，信号捕捉能力強。
根據該公司披露的資料，“北腦二号”在通道數、采樣率、采樣精度和噪聲等電極的關鍵名額上與Neuralink等國際知名腦機公司披露的資料比肩，甚至多項優于對方。
羅敏敏表示，腦機接口的性能，核心在于腦電信号捕捉的清晰度、轉化的精準度，前者靠電極，後者靠算法。算法相當于一個“翻譯官”，把大腦通過腦電釋放的信号精準解析出來，這就好像把隻有0和1的計算機語言，翻譯成漢字一樣。“北腦二号”應用的算法是國内自研，能在大腦皮層神經活動與運動參數之間建立精确映射。
通過這樣一套裝置，綁住雙手的猴子僅用“意念”控制機械臂，成功抓住“草莓”。“北腦二号的有效通道數、長期穩定性，均達國際領先水準。不同于硬質電極，柔性微絲電極植入猕猴腦内一年後，仍能精确采集到腦電信号。”李園表示，“北腦二号”有線系統全鍊路已經跑通，無線全植入系統還在設計中，“我們計劃2025年進入臨床驗證階段”。
羅敏敏表示，植入式腦機接口，就必須要考慮有效性、長期性、安全性、穩定性和便捷性等問題，更需要在尖端的硬體技術、生物相容性材料以及信号采集方式等，涉及的學科多，鍊路長，電極技術、晶片、算法、如何與AI交流等等都需要攻克技術難關。
趙繼宗院士更是表示，不論是國内還是國外，侵入式腦機接口的研究還有很長的路要走。需要經過長期的論證，不是三年五年就能解決的。
非植入式腦機接口應用進展迅速
雖然在醫學領域，植入式腦機接口是很多學者追逐的領域，但是非植入式腦機接口在大陸研究較早。在高小榕教授看來，大陸在非植入式腦機接口已經掌握了全鍊條的技術，在國際上已經屬于第一梯隊，甚至部分領域已經領先。北青報記者了解到，現在已經有部分從事非植入式腦機接口研究的公司，在技術商業化上取得了一定進展。
去年，第4屆杭州亞殘運會開幕式上，殘障人士運動員徐佳玲佩戴用仿生手點燃了主火炬塔。這一仿生手就是一套非植入式腦機接口與人工智能算法高度整合的智能産品。而這套裝置也亮相了日前舉辦的廣交會，該公司智能仿生手體驗官穿戴仿生手，在電子琴上靈活舞動，奏出美妙樂曲。
“在廣交會上，我們展位吸引了大約3萬人，接待了1300多位客商。甚至已經過了閉館時間，還有客商要看産品。而且還有更多訂單在路上。”BrainCo強腦科技合夥人兼進階副總裁何熙昱錦表示。
在何熙昱錦看來，非植入式腦機接口的發展方向，除了醫療、康複場景外，還在教育、大健康、娛樂、智能家居等越來越多的應用場景中得到應用，呈現多點開花的趨勢。“除了智能假肢，我們研發的注意力調控系統、正念舒壓産品，通過對腦電實時監測以及神經回報訓練，來提升專注力水準或緩解壓力焦慮，我們的腦機智能安睡儀産品，針對全國3億失眠群體提供腦機接口技術助眠解決方案。未來，非植入式腦機接口産品将會朝着更加多元化、輕便化的方向發展，并與人工智能、AR/VR等科技元素更加緊密地結合。”
而本次中關村論壇年會中的腦機接口創新與發展應用論壇上釋出的腦機接口十大創新案例中，駕駛安全防控系統，避免暈車的腦機可穿戴裝置，用于危險作業人員狀态監測的數字平台等都是非植入式腦機接口裝置。
“植入式和非植入式這兩條路我們一定要冷靜理性的來看待。現在腦機接口這兩個研究方向都在向着克服自己的短闆、發揮自己長處的方向進軍。這兩個研究方向最終将殊途同歸，就像從兩個起點爬山，一定會在山頂相遇。”天津大學副校長明東表示。
人才培養和政策為産業開”綠燈”
對于腦機接口的發展，從國家到地方都在持續扶持。國家各部委啟動了很多政策，以扶持腦機接口的研究和産業，在行業準入和應用場景方面也給開了很多“綠燈”。其中，腦機接口在今年被工信部等七部門列為《關于推動未來産業創新發展的實施意見》的10大标志性産品之一。
政策的出台讓這一研究領域積極發展。但在部分業内人士看來，一個産業的發展，技術路徑隻是選擇的問題，不論選哪一種，腦機接口都是多學科交叉。很長一段時間，大陸缺乏腦機接口的複合型研究人才，很多學者都是從本學科領域出發，進行腦機接口的研究。而與産業相關的神經學、工程學複合型的人才培養仍舊是短闆，這就導緻在腦機接口的研究中走了不少彎路。同樣，面對腦機接口更廣泛的應用場景，也需要更多領域的複合型人才。
如今，人才培養已經有了示範案例。明東對北青報記者表示，2017年，天津大學建立了醫學工程與轉化醫學研究院。同時，天津大學向教育部專提出申請，于2018年創辦了中國第一個智能醫學工程專業，這是醫學門類裡的第一個工學學位，該專業是典型的新興交叉學科，旨在培養醫工融合領域的拔尖創新複合型人才。
目前，天津大學正在牽頭教育部智能醫學工程專業“101計劃”，統籌組織國内外相關兄弟高校，共同建好一流核心課程、一流核心教材、一流核心實踐項目，建構學科融通、學制融通、課程融通、科教融通的長周期培養體系，推動智能醫學拔尖人才培養中國方案落地見效。
北京布局腦機接口産業
北京在腦機接口研發上更是給了大量政策支援。早在2023年初，“智能腦機系統增強計劃”在北京腦科學與類腦研究所啟動，力争在3到5年内突破侵入式腦機接口方面的關鍵技術，并在臨床上實作初步應用。
日前，《加快北京市腦機接口産業發展行動方案（2024-2030）（征求意見稿）》釋出，明确北京将主動布局産業技術攻關方向，以揭榜挂帥等形式推動腦機接口專用傳感器、晶片、電池、饋通、超細塗層導線等核心器元件。支援腦機接口技術與人工智能、虛拟現實、隐私計算、下一代通信等技術融合發展，加快腦控機器人、外骨骼、智能輔具等核心配套裝置的發展。圍繞基礎共性需求發展的關鍵軟體和工具，開發腦機接口領域開源平台。
此外，《征求意見稿》還明确，北京還将豐富腦機接口産品供給。拓展腦機接口入口，加速VR頭顯、一次性腦電檢測頭環等終端的規模化推廣，豐富在醫療、康養、生活、消費、工業、教育、體育、交通等領域的腦機接口應用，支援腦機接口前沿産品研發。推廣基于腦機接口的卒中康複訓練、自閉症篩查、作業人員安全監測、睡眠測評和幹預等産品。其中，在醫療領域，推動基于腦機接口的阿爾茲海默症診療和幹預、意識障礙評估和幹預、抑郁症篩查和幹預、癫痫預警和幹預、疼痛評估和幹預、自閉症評估和幹預、麻醉評估和給藥等産品。
《征求意見稿》明确，到2026年，腦機接口核心關鍵技術實作突破，高通量植入式傳感器、高通道采集刺激一體化植入式晶片、植入式微型電池、高密封性饋通、聚酰亞胺材料等國産産品性能水準和穩定性水準達到國際領先。培育5家全國引領龍頭企業、100家專精特新“小巨人”單項冠軍，産業鍊供應鍊在京津冀基本完備。制定腦機接口産業圖譜、創新産品名錄，推動5項腦機接口醫療器械啟動臨床試驗。推動典型應用場景，形成5項可推廣案例。建成1個特色腦機接口體驗和展示中心，形成産教融合平台并培養1000人次。
到2030年，腦機接口技術、産品、生态、應用等取得突破，技術體系完善自主。培育3-5家有全球影響力的生态型企業、1000家中小企業，打造1個腦機接口産業發展集聚區。10項以上植入式腦機接口産品成熟商用。吸引海外腦機接口創新力量在京設立5家以上研發中心和分支。優先審查和預審腦機接口專利3000項。産業規模達到3000億，成為未來産業經濟重要增長點。在醫療、康養、工業等領域實作10項标杆應用場景，在消費、教育、體育、交通等領域探索開展10項以上典型應用，形成一批新業務、新應用、新模式、新業态。
未來用“腦機接口”就像用手機
《征求意見稿》還明确，在娛樂領域，推動腦機接口與元宇宙、虛拟現實、增強現實的結合。研發腦機接口在元宇宙中的人機互動模式，滿足虛拟現實人機互動的高帶寬互動需求。研發輕質便攜、便捷易用、舒适可靠的可穿戴非侵入式腦信号采集記錄裝置，促進消費應用場景範圍的不斷擴大。
面向智能家居、智能病房、搜尋救援等智慧生活場景，研制推廣用于人機互動、智能外設控制的多模态智能可穿戴裝置。推動腦機接口技術與大模型技術、具身智能技術、智能傳感技術進行交叉融合創新，提高人、機、物多元互動的靈活性、泛化性和安全性。
“以前我們遇到一個疑難雜症，或者要設計一個非常複雜的系統，通過腦機接口，通過人工智能，通過智能的資訊處理，就能很快完成或者提供友善。腦機接口今後在遊戲、在交通，提升生活幸福感和需要等方面的案例會越來越多。”中國工程院院士顧曉松更是認同，未來腦機接口使用場景很多，“就像現在人們使用手機一樣”。
文/北京青年報記者 張鑫
編輯/樊宏偉