近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心與國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)及醫(yī)療單位合作開展的第二例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)取得新突破，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從二維的屏幕光標(biāo)控制，到三維的物理世界交互的重大轉(zhuǎn)變。
使植入者具備三維物理世界操控與交互能力
接受本次腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的是一位中年男性患者。由于一次不幸摔倒，這位患者在2022年因脊髓損傷導(dǎo)致四肢癱瘓，經(jīng)過一年多的康復(fù)，情況未有改善，僅剩頭頸部可以活動。2025年6月，患者植入了科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。
起初，該患者經(jīng)過2到3周的訓(xùn)練，能夠?qū)崿F(xiàn)憑借意念對電腦光標(biāo)、平板電腦等電子設(shè)備的控制，這也是科研團(tuán)隊(duì)第一例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)時(shí)植入者達(dá)到的行為水平。
為了進(jìn)一步提高植入者對周圍環(huán)境的交互能力，研究團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，通過更多新技術(shù)的引入，成功將腦機(jī)接口應(yīng)用場景從二維屏幕拓展到了三維物理世界，例如，憑借意念超低延遲操控輪椅、機(jī)器狗，真正實(shí)現(xiàn)了從虛擬到物理，從基礎(chǔ)控制到生活場景融合。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員 趙鄭拓：植入者可以通過機(jī)器狗作為自己身體的延伸，作為自己的智能代理設(shè)備，通過意念控制去樓下取快遞。他可以通過意念控制輪椅到樓下去遛彎等之類的行為，所以也大大豐富了他的生活。
據(jù)介紹，該系統(tǒng)目前已經(jīng)可以讓使用者通過大腦“意念”實(shí)現(xiàn)接近常人使用手機(jī)和電腦的操作速度，以及初步控制具身智能機(jī)器人的能力。
中國科學(xué)院院士 中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任 蒲慕明：利用侵入式腦機(jī)接口記錄大腦的運(yùn)動信息，用運(yùn)動信息來控制外面的一些器件。尤其是能夠證實(shí)這個(gè)電極在大腦中的安全性，長期的穩(wěn)定性，并且它的信號的記錄和解碼也都能夠穩(wěn)定，這是我們邁向?qū)嶋H醫(yī)療應(yīng)用必須走的一步。
侵入式腦機(jī)接口如何運(yùn)作
侵入式腦機(jī)接口是怎樣的一個(gè)設(shè)備呢？它又是如何實(shí)現(xiàn)從植入者的“意念”轉(zhuǎn)變?yōu)橥獠繖C(jī)械設(shè)備的各種動作呢？來看專家的介紹。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員 趙鄭拓：這個(gè)就是我們的腦機(jī)接口系統(tǒng)，它由兩部分組成，前端的傳感器跟后端的處理器。前端的傳感器是一根百分之一左右尺寸發(fā)絲大小的細(xì)線。傳感器大概5到8毫米非常短的一段進(jìn)入到大腦里面，后端的處理器會在顱骨上稍稍打薄大概3到5毫米，然后嵌入進(jìn)去就好了，所以它是一個(gè)很微創(chuàng)的過程。
專家稱，前端的傳感器相當(dāng)于連接大腦的網(wǎng)線，負(fù)責(zé)連接到外部世界，上傳、下載各種信息。后端的處理器負(fù)責(zé)把大腦的這些微弱的神經(jīng)活動轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，也就是機(jī)器能夠讀懂的語言。這樣植入者就能通過意念來實(shí)現(xiàn)操控外部設(shè)備，輔助其生活。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員 趙鄭拓：植入這個(gè)系統(tǒng)之后呢，我們的患者其實(shí)就會被我們引導(dǎo)著去想象，雖然他肢體不能移動，但他可以想象自己比如說手腕上下左右移動，然后我們把這種意念映射到外部的設(shè)備上。其實(shí)相當(dāng)于融入或者說感受外設(shè)成為自己肢體的一部分。
連續(xù) 穩(wěn)定 低延遲 讓植入者越用越順手
在最新展示的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)應(yīng)用中，科研團(tuán)隊(duì)通過持續(xù)攻關(guān)，突破了多種新技術(shù)，為未來更多領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
連續(xù)、穩(wěn)定、低延遲的精準(zhǔn)控制是這次發(fā)布的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高壓縮比、高保真的神經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并創(chuàng)新性地融合了“尖峰頻段功率”“相鄰脈沖間隔”與“尖峰脈沖計(jì)數(shù)”幾種數(shù)據(jù)壓縮方式。這套混合解碼模型，即便在神經(jīng)信號相對嘈雜的環(huán)境中，也能高效提取有效信息，將腦控性能整體提升了15%到20%。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員 趙鄭拓：這次患者實(shí)現(xiàn)的是在日常生活場景下，所以可能有各種各樣的原因，噪聲、他的心態(tài)的變化，周圍環(huán)境的影響，都會對他大腦活動產(chǎn)生一些干擾。那么我們的信息處理技術(shù)，或者說叫解碼算法技術(shù)其實(shí)就是能夠在這些有很多變化和干擾因素的情況下，還能使得系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地提取出來最準(zhǔn)確的信息。
除此以外，科研團(tuán)隊(duì)還攻克了“跨天穩(wěn)定神經(jīng)流行對齊”“在線重校準(zhǔn)”等關(guān)鍵核心技術(shù)，使系統(tǒng)能在患者日常使用過程中，實(shí)時(shí)、無聲地微調(diào)解碼參數(shù)，讓植入者越用越順手。與此同時(shí)，這套系統(tǒng)從信號采集到指令下發(fā)到外設(shè)的端到端延遲，也壓縮到了100毫秒以內(nèi)，低于人體自身的生理延遲，這使得患者的控制體驗(yàn)更加流暢，意念與動作幾乎同步。在此基礎(chǔ)上，目前科研團(tuán)隊(duì)還在研究更多應(yīng)用場景，以適應(yīng)植入者不同的需求。
中國科學(xué)院院士 中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任 蒲慕明：將來會有更多的應(yīng)用，包括這個(gè)解碼我們大腦里面的語言信息，還有其他的意圖，看怎么樣能夠表達(dá)出大腦的意愿，大腦本身的內(nèi)在的信息能夠表達(dá)在外面的器件上。
(央視新聞客戶端)