“北腦二号”實作突破：猴子用意念拿到了草莓

在猴子顱内植入一片牽着柔軟細絲的薄膜，猴子不用動手僅用“意念”就能控制機械臂抓取草莓。在4月25日開幕的2024中關村論壇上，由北京腦科學與類腦研究所聯合北京芯智達神經技術有限公司自主研發的“北腦二号”腦機接口重大成果正式亮相，填補了國内高性能侵入式腦機接口技術的空白。

據研發團隊介紹，這是在國際上首次實作猕猴對二維運動光标的靈巧腦控攔截。而早在2021年，埃隆·馬斯克創立的腦機接口公司Neuralink就已經展示了讓猴子通過意念操作遊戲杆的視訊。

人機混合智能的前沿技術

腦機接口技術作為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。北京腦科學與類腦研究所所長羅敏敏解釋稱：“簡單而言，腦機接口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。”

他進一步解釋稱，決定腦機接口性能的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。”羅敏敏表示，“腦機接口比拼的是安全、穩定、有效，這是一個系統性工程，關鍵技術有待進一步突破。”

“北腦二号”配備了高通量柔性微絲電極，這相當于一個“傳感器”，通過腦内植入，可以讀取腦電信号，其性能決定着捕捉腦信号的數量與品質。

北京芯智達神經技術有限公司業務發展總監李園介紹稱，“北腦二号”柔性電極的有效通道數、長期穩定性等名額均達國際領先水準。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。

此外，“北腦二号”還配備千通道高速神經電信号采集裝置以及基于前饋控制政策的生成式神經解碼算法。算法相當于一個“翻譯官”，能把大腦意圖精準解析出來，在大腦皮層神經活動與運動參數之間建立精确映射。

據介紹，“北腦二号”系統已經在猴子顱内穩定植入将近一年，在全球首次實作猕猴通過意念控制對二維運動目标的腦控攔截，解決了大規模單細胞信号長期穩定記錄和實時解碼的國際前沿難題，電極性能關鍵名額國際領先。

李園告訴第一财經記者，目前“北腦二号”已進行了約10例猴子試驗，以測試不同的電極，進行不同的運動解碼任務。

羅敏敏對第一财經記者表示，目前正在準備人體試驗，包括患者的篩選。“運動障礙是主攻方向。”他說道。

腦機接口是各發達國家在腦科學與類腦研究領域的科技競争高地，需要跨多個學科內建複雜系統，産業上下遊鍊路長，研發過程涉及電極、晶片、資料、算法、分析軟體、生物相容性材料等多個環節。

面向腦機接口的國際前沿發展趨勢，中國已有多個科研團隊正在攻關不同技術路徑的腦機接口裝置，其中主要包括侵入式、半侵入式以及非侵入式技術。

在這一背景下，北京腦科學與類腦研究所牽頭制定“智能腦機系統增強計劃”，2023年，北京芯智達神經技術有限公司成立，專注于腦機接口研發與臨床轉化應用，面向國際前沿研發腦機接口核心部件，開發神經解碼算法，多元度統籌系統內建，針對臨床應用等場景研發産品，進行商業轉化。

“北腦二号”的上一代産品“北腦一号”聚焦半侵入式采集腦皮層電信号，目前也已進入臨床研究。

羅敏敏向第一财經記者強調，大陸腦機接口的發展還有很長的路要走，雖然取得了一定進展，但仍要正視與真正的“世界一流”的差距。

正視國内外差距

近年來，中國在腦機接口領域發展迅速，成果不斷。今年1月29日，腦機接口被寫入工信部、科技部等七部門聯合印發的《推動未來産業創新發展的實施意見》。該檔案聚焦未來産業，明确提出需要加強量子計算機、腦機接口、新型顯示以及6G網絡裝置的研發。

在政策的加持下，國内已經湧現出一批面向産業化的腦機接口創新企業。例如腦虎科技、博睿康、強腦科技等。

腦虎科技表示，去年上半年就曾在臨床上完成3項植入手術，并實作了單神經元Spike信号記錄、漢語言解碼與合成，以及患者術中語言區實時定位等功能，能指導外科醫生精準切除腦區病竈，同時保留患者的重要腦功能。

今年1月31日，清華大學官網釋出新聞稱，清華大學與宣武醫院團隊成功進行首例無線微創腦機接口臨床試驗。據介紹，一名四肢癱瘓14年的高位截癱患者在植入10天後出院，經過三個月的居家康複訓練後，患者可以通過腦電活動驅動氣動手套，實作自主喝水等腦控功能，抓握準确率超過90%。

第一财經記者了解到，博睿康是清華團隊背後的腦機接口産業化公司。2022年12月，該公司獲得數億美元C輪融資。

在博睿康2022年的融資新聞中，清華醫學院洪波教授曾這樣評論該公司：“目前博睿康腦電裝置的性能已經和日本光電、美國Natus站在了同一高度。腦電裝置之于腦機接口行業，就像iPhone之于手機行業；圍繞紮實的硬體和作業系統，開發者可以改進電極材料、疊代軟體算法。”

不過，目前以Neuralink為代表的國際腦機接口廠商在技術方面仍然領先，并已率先進入人體臨床試驗。今年1月28日，Neuralink宣布完成了首例人類患者大腦晶片植入，患者恢複良好，并且初步結果顯示了頗有前景的神經元脈沖峰電位（neuron spike）的探測。

今年2月時馬斯克表示，這名患者已經實作了通過意念來控制電腦滑鼠。腦虎科技CEO彭雷當時向第一财經記者預測，Neuralink估計會展示腦機接口對手機及電腦控制、對機械臂控制以及語言輸出這三個主要場景。

針對腦機接口未來的發展方向，彭雷表示，未來腦機接口晶片的演進趨勢一定是通道數越來越高、單通道功耗越來越低，前端信号處理的壓縮能力越來越強；另外植入式産品的晶片需要滿足醫療器械的法律法規，包括溫升、功耗等要求。

中國科學院院士、中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明在近期接受媒體采訪時表示，目前腦機接口的應用主要是在醫學領域，全球科學家開展的腦機接口臨床試驗，多數是針對高位截癱患者的功能恢複。他認為，未來腦機接口研發的目标是通過疊代開發打造一個通用的微創腦機接口平台，用于癫痫、認知障礙等更多腦疾病的康複。

除了政策支援外，腦機接口的發展也需要大量資本加持。根據Neuralink公司去年11月向美國證監會的送出的檔案，該公司目前已經至少籌集了3.23億美元的資金，這也使這家備受關注的腦機接口公司的估值超過50億美元。

在國内，目前國資背景的産業投資基金在推動腦機接口技術發展中占據主導。以芯智達為例，該公司由中關村發展集團旗下北京北腦創業投資基金控股。

民營資本方面，天橋腦科學研究院（TCCI）支援并資助了中科院微系統所和華山醫院神經外科團隊的腦機接口解碼中文語言和柔性腦機接口技術研發。據TCCI披露的資料，截至2023年，TCCI累計投入超過約15億元人民币資金，用于支援國内國際腦科學研究，涵蓋了從基礎研究到技術應用轉化的完整鍊條。

TCCI聯合創始人陳天橋認為，中國研究人員在某些程度上可以超越Neuralink。他在接受第一财經記者采訪時曾表示，人工智能技術在近年來腦科學的前沿領域腦機接口方面發揮着巨大的作用，希望更多人工智能人才能夠加入腦科學領域。

(本文來自第一财經)