電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）腦機(jī)接口（Brain-Machine Interface，BMI；Brain Computer Interface，BCI），指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。這一概念其實(shí)早已有之，但直到上世紀(jì)九十年代以后，才開始有階段性成果出現(xiàn)。

腦機(jī)接口是一種在腦與外部設(shè)備之間建立直接的通信渠道。其信號(hào)來自中樞神經(jīng)系統(tǒng)，傳播中不依賴于外周的神經(jīng)與肌肉系統(tǒng)。常用于輔助、增強(qiáng)、修復(fù)人體的感覺、運(yùn)動(dòng)功能或提升人機(jī)交互能力。

腦機(jī)接口最新進(jìn)展

近日，武漢光谷企業(yè)衷華腦機(jī)獨(dú)立自主研發(fā)的“植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)”通過科技成果評(píng)價(jià)。由中國科學(xué)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(rèn)定，該系統(tǒng)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在腦機(jī)接口領(lǐng)域整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

從“單向讀取”到“雙向讀寫”是“植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)”的革新性創(chuàng)新。據(jù)介紹，衷華腦機(jī)獨(dú)立開發(fā)的雙向神經(jīng)信號(hào)測(cè)量與調(diào)控芯片，不僅可讀取大腦神經(jīng)電信號(hào)，還可通過電流刺激等方式向大腦發(fā)送信號(hào)。

該“植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)”的研發(fā)成功，將使許多過去難以想象的應(yīng)用成為可能，衷華腦機(jī)創(chuàng)始人、首席科學(xué)家黃立介紹，腦機(jī)接口進(jìn)入臨床階段后，可用于截癱、脊椎損傷、意識(shí)障礙、抑郁癥、癡呆癥、失明失聰?shù)燃膊〉难芯颗c治療。

依托腦機(jī)接口的植入，大腦電信號(hào)實(shí)現(xiàn)在人體內(nèi)外的“雙向”讀取與輸出，可能使眼球壞死的病人復(fù)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(jīng)損傷的病人重新站立行走；可能將計(jì)算機(jī)與人腦直接進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)通信和控制……將為人類的疾病治療、認(rèn)知與控制帶來全新的想象空間。

此外，8月23日，《自然》雜志發(fā)布的兩篇研究表明，兩名因嚴(yán)重癱瘓而無法說話的患者通過采用侵入式腦機(jī)接口（BCI），能以前所未有的準(zhǔn)確性和語速與他人進(jìn)行交流。兩項(xiàng)研究相互獨(dú)立，分別來自美國斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)和加州大學(xué)舊金山分校團(tuán)隊(duì)。

兩項(xiàng)研究的植入物根據(jù)大腦活動(dòng)，將神經(jīng)信號(hào)翻譯成文本或單詞。兩項(xiàng)研究的結(jié)果大致相似?；颊叩钠骄Z速約為60~80個(gè)單詞/分鐘，幾乎是正常對(duì)話速度的一半，但比之前腦機(jī)接口成果的速度至少快三倍。

在斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究中，患者由于肌萎縮側(cè)索硬化癥導(dǎo)致言語不清，研究團(tuán)隊(duì)通過插入大腦的細(xì)電極陣列，收集單個(gè)細(xì)胞的神經(jīng)元活動(dòng)，并將所收集的信息通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解碼，搭配語言模型將病人想說的話“發(fā)聲”。

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

在加州大學(xué)舊金山分校團(tuán)隊(duì)的研究中，其實(shí)驗(yàn)對(duì)象為因腦干中風(fēng)而導(dǎo)致全身癱瘓并失去了語言能力的患者，研究目標(biāo)是幫助因中風(fēng)、腦癱和肌萎縮性脊髓側(cè)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(jì)算機(jī)化的自己的圖片進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話，傳達(dá)語調(diào)、抑揚(yáng)和如喜悅、憤怒等情緒。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種植入式腦機(jī)接口，通過在腦部植入數(shù)十個(gè)微型電極，解碼大腦產(chǎn)生的電信號(hào)。經(jīng)過訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型，可以將大腦信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)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(guān)語言中樞的活動(dòng)電信號(hào)，并輸出為完整流暢的語句。

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

腦機(jī)接口研究的重要意義

近些年，腦機(jī)接口不斷取得進(jìn)展，除了上述談到侵入式技術(shù)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(yè)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，長期以來是通過侵入式BCI來實(shí)現(xiàn)的。近年來非侵入式BCI也開始在醫(yī)療場(chǎng)景下表現(xiàn)出一定效果，這對(duì)于更多患者而言也非常有利。

目前無論是科技企業(yè)、還是投資機(jī)構(gòu)，對(duì)腦機(jī)接口未來的發(fā)展都極度看好，比如，國內(nèi)的達(dá)摩院、天橋研究院、科大訊飛、漢王科技等企業(yè)，都已經(jīng)圍繞腦機(jī)接口和人工智能等領(lǐng)域展開研究。紅杉中國、鼎暉投資、藍(lán)馳創(chuàng)投等創(chuàng)投機(jī)構(gòu)近年來也在腦機(jī)接口領(lǐng)域進(jìn)行投資。

腦機(jī)接口的研究在醫(yī)療領(lǐng)域具有重要意義。復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科副主任、中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)腦機(jī)接口與交互分會(huì)副主任委員吳勁松團(tuán)隊(duì)曾做過一項(xiàng)調(diào)研，現(xiàn)階段，中國因?yàn)楦鞣N神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的失語癥人群數(shù)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(dǎo)致的高位截癱病人、腦干損傷導(dǎo)致的失語人群等。

他根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)推測(cè)，國內(nèi)無法通過傳統(tǒng)康復(fù)手段恢復(fù)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(jī)接口技術(shù)的受益人群。

小結(jié)

從最近的幾項(xiàng)研究可以看出，腦機(jī)接口技術(shù)正在不斷成熟，衷華腦機(jī)獨(dú)立自主研發(fā)的植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從單向讀取到雙向讀寫，就很極具革新性創(chuàng)新。斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)舊金山分校的研究，將嚴(yán)重癱瘓無法說話患者的交流語速大幅提升。可想而知，未來隨著腦機(jī)接口技術(shù)愈發(fā)成熟，它將是眾多失語患者的福音。