腦機接口最新進展！全球首創大腦電信號“雙向讀寫”

電子發燒友網報道（文/李彎彎）腦機接口（Brain-Machine Interface，BMI；Brain Computer Interface，BCI），指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接，實現腦與設備的信息交換。這一概念其實早已有之，但直到上世紀九十年代以后，才開始有階段性成果出現。

腦機接口是一種在腦與外部設備之間建立直接的通信渠道。其信號來自中樞神經系統，傳播中不依賴于外周的神經與肌肉系統。常用于輔助、增強、修復人體的感覺、運動功能或提升人機交互能力。

腦機接口最新進展

近日，武漢光谷企業衷華腦機獨立自主研發的“植入式腦機接口系統”通過科技成果評價。由中國科學院院士趙繼宗、中國工程院院士李培根等11位院士專家組成的鑒定組一致認定，該系統具有完全自主知識產權，在腦機接口領域整體達到國際領先水平。

從“單向讀取”到“雙向讀寫”是“植入式腦機接口系統”的革新性創新。據介紹，衷華腦機獨立開發的雙向神經信號測量與調控芯片，不僅可讀取大腦神經電信號，還可通過電流刺激等方式向大腦發送信號。

該“植入式腦機接口系統”的研發成功，將使許多過去難以想象的應用成為可能，衷華腦機創始人、首席科學家黃立介紹，腦機接口進入臨床階段后，可用于截癱、脊椎損傷、意識障礙、抑郁癥、癡呆癥、失明失聰等疾病的研究與治療。

依托腦機接口的植入，大腦電信號實現在人體內外的“雙向”讀取與輸出，可能使眼球壞死的病人復明；可能使重度失眠患者能夠擁有深度睡眠；可能使脊柱神經損傷的病人重新站立行走；可能將計算機與人腦直接進行連接，實現通信和控制……將為人類的疾病治療、認知與控制帶來全新的想象空間。

此外，8月23日，《自然》雜志發布的兩篇研究表明，兩名因嚴重癱瘓而無法說話的患者通過采用侵入式腦機接口（BCI），能以前所未有的準確性和語速與他人進行交流。兩項研究相互獨立，分別來自美國斯坦福大學團隊和加州大學舊金山分校團隊。

兩項研究的植入物根據大腦活動，將神經信號翻譯成文本或單詞。兩項研究的結果大致相似?；颊叩钠骄Z速約為60~80個單詞/分鐘，幾乎是正常對話速度的一半，但比之前腦機接口成果的速度至少快三倍。

在斯坦福大學團隊的研究中，患者由于肌萎縮側索硬化癥導致言語不清，研究團隊通過插入大腦的細電極陣列，收集單個細胞的神經元活動，并將所收集的信息通過人工神經網絡進行解碼，搭配語言模型將病人想說的話“發聲”。

在該裝置的幫助下，一名肌萎縮性側索硬化癥病人能以平均每分鐘62個詞的速度進行交流，大約是過往設備速度的3.4倍，也更接近自然說話的速度（每分鐘約160個詞）。

在加州大學舊金山分校團隊的研究中，其實驗對象為因腦干中風而導致全身癱瘓并失去了語言能力的患者，研究目標是幫助因中風、腦癱和肌萎縮性脊髓側索硬化癥等疾病而無法說話的人，讓失去言語的人可以通過計算機化的自己的圖片進行實時對話，傳達語調、抑揚和如喜悅、憤怒等情緒。

研究團隊開發了一種植入式腦機接口，通過在腦部植入數十個微型電極，解碼大腦產生的電信號。經過訓練深度學習模型，可以將大腦信號同時轉化為三種輸出形式，包括文字、語音和可說話的虛擬形象?；颊咧恍枰谀X海中思考語言，植入電極就可以捕捉到她大腦相關語言中樞的活動電信號，并輸出為完整流暢的語句。

在這項研究中，患者使用植入裝置時，她的語音合成速率可達到每分鐘78個詞（錯誤率為25%），與正常160詞/分鐘的說話速度很相近。

腦機接口研究的重要意義

近些年，腦機接口不斷取得進展，除了上述談到侵入式技術越來越成熟之外，也有從侵入式到非侵入式的研究。腦控在專業醫療領域的應用，長期以來是通過侵入式BCI來實現的。近年來非侵入式BCI也開始在醫療場景下表現出一定效果，這對于更多患者而言也非常有利。

目前無論是科技企業、還是投資機構，對腦機接口未來的發展都極度看好，比如，國內的達摩院、天橋研究院、科大訊飛、漢王科技等企業，都已經圍繞腦機接口和人工智能等領域展開研究。紅杉中國、鼎暉投資、藍馳創投等創投機構近年來也在腦機接口領域進行投資。

腦機接口的研究在醫療領域具有重要意義。復旦大學附屬華山醫院神經外科副主任、中國神經科學學會腦機接口與交互分會副主任委員吳勁松團隊曾做過一項調研，現階段，中國因為各種神經系統疾病導致的失語癥人群數量，每年新增近100萬左右，包括漸凍癥患者，腦卒中、腦腫瘤患者，以及車禍導致的高位截癱病人、腦干損傷導致的失語人群等。

他根據流行病學調查數據推測，國內無法通過傳統康復手段恢復的失語人群，共約800萬人。在他看來，這些病人未來可能是腦機接口技術的受益人群。

小結

從最近的幾項研究可以看出，腦機接口技術正在不斷成熟，衷華腦機獨立自主研發的植入式腦機接口系統，實現從單向讀取到雙向讀寫，就很極具革新性創新。斯坦福大學和加州大學舊金山分校的研究，將嚴重癱瘓無法說話患者的交流語速大幅提升?？上攵?，未來隨著腦機接口技術愈發成熟，它將是眾多失語患者的福音。