在人的頭骨上開一個極窄的縫隙,大腦就好像一個儲蓄罐,未來研究人員可以像投硬幣一般,將極薄的芯片設(shè)備植入大腦中,向里面存入無限的信息。
7月1日,工業(yè)和信息化部就《腦機接口標準化技術(shù)委員會籌建方案》(下稱《方案》)公示征求公眾意見,以推動腦機接口技術(shù)發(fā)展。此舉說明我國腦機接口技術(shù)標準的制定有望提速。
據(jù)介紹,《方案》擬邀請腦機接口領(lǐng)域企業(yè)、科研院所、高校等產(chǎn)業(yè)和技術(shù)專家擔任委員,并明確了三大工作計劃:一是優(yōu)化完善標準化路線圖,即明確腦機接口研制優(yōu)先次序并統(tǒng)籌推進腦機接口標準制定;二是加快關(guān)鍵技術(shù)標準研制,即在明確優(yōu)先次序的基礎(chǔ)上圍繞腦電采集、信號獲取/處理、信號輸出/執(zhí)行等環(huán)節(jié)的各項標準開展研究;三是推動標準宣貫實施,即引導(dǎo)企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)對標達標。
7月2日A股開盤后,腦機接口概念走強。
近年來,中國各地方政府紛紛推出政策鼓勵支持腦機接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,包括腦機接口、虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的一批前沿“硬科技”已經(jīng)被寫入《上海市高端裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》。醫(yī)院和產(chǎn)業(yè)界也正在加強合作,進一步探索腦機接口技術(shù)在臨床方面的新應(yīng)用。
醫(yī)療領(lǐng)域商業(yè)化進程不斷加速
腦機接口是各發(fā)達國家在腦科學(xué)與類腦研究領(lǐng)域科技競爭的高地,需要跨多個學(xué)科集成復(fù)雜系統(tǒng),產(chǎn)業(yè)上下游鏈路長,研發(fā)過程涉及電極、芯片、數(shù)據(jù)、算法、分析軟件、生物相容性材料等多個環(huán)節(jié)。
作為一種新興的技術(shù),腦機接口已經(jīng)被寫入今年1月29日工信部、科技部等七部門聯(lián)合印發(fā)的《推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》。該文件聚焦未來產(chǎn)業(yè),明確提出需要加強量子計算機、腦機接口、新型顯示以及6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研發(fā)。
腦機接口技術(shù)作為大腦與外界設(shè)備溝通交流的“信息高速公路”,旨在通過大腦發(fā)出的信號控制外部設(shè)備,如機械臂。在醫(yī)療領(lǐng)域,該技術(shù)已經(jīng)能讓癱瘓患者控制輪椅;醫(yī)生還在探索將腦機接口技術(shù)用于情緒的調(diào)控,并期待它在抑郁癥等神經(jīng)疾病的篩查和診療中有新的進展。
在全球范圍內(nèi),以科技富豪馬斯克創(chuàng)立的Neuralink為代表的腦機接口公司正在加速商業(yè)化進程。今年2月,Neuralink稱首例受試者已經(jīng)實現(xiàn)通過意念來控制電腦鼠標。
今年以來,中國腦機接口的發(fā)展也顯著提速,不斷有新成果發(fā)布。值得注意的是,最新的成果已不再局限于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域,而是希望更好地與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,并最終實現(xiàn)商業(yè)化,從而能夠與Neuralink這樣的企業(yè)競爭。
值得指出的是,安全倫理問題是腦機接口技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)之一,中國今年2月發(fā)布了《腦機接口研究倫理指引》。
5月29日,中央網(wǎng)信辦、市場監(jiān)管總局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《信息化標準建設(shè)行動計劃(2024—2027年)》,其中提到,推進腦機接口標準研究,加強輸入—輸出接口、腦信息編解碼算法、腦信息安全與隱私保護等關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用標準研制。
中國高校扛起大旗
目前,中國在腦機接口領(lǐng)域的研究,主要由一些大學(xué)的研究團隊承擔。最新的進展來自于天津大學(xué)腦機交互與人機共融海河實驗室團隊。
上個月底,海河實驗室與南方科技大學(xué)宣布協(xié)同開發(fā)了全球首個可開源片上腦智能復(fù)合體信息交互系統(tǒng),實現(xiàn)培養(yǎng)“大腦”對機器人避障、跟蹤、抓握等任務(wù)的無人控制,完成多種類腦計算啟發(fā)工作。
第一財經(jīng)記者了解到,片上腦機接口是利用體外培養(yǎng)“大腦”(如腦類器官)與電極芯片耦合形成片上腦,通過編解碼及刺激—反饋實現(xiàn)其與外界信息交互的技術(shù)。
針對最新的《方案》,天津大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授、腦機交互與人機共融海河實驗室片上腦機接口團隊負責(zé)人李曉紅對第一財經(jīng)記者表示:“作為腦機接口領(lǐng)域的一個重要新興分支,片上腦機接口有望對混合智能、類腦計算、醫(yī)療康復(fù)等前沿科技領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生根本性的推動。”
該團隊開發(fā)了一款metaBOC“片上腦-機接口智能交互系統(tǒng)”,包含四大模塊,能實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)處理、刺激反饋的閉環(huán)開發(fā)。李曉紅告訴第一財經(jīng)記者,metaBoC是一款未來將會面向市場的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品。
“metaBOC系統(tǒng)具有光刺激編碼控制、三維片上腦適配模塊、AI輔助智能提升、全鏈條高集成的特色創(chuàng)新點,并可進行開源共享,有望推動片上腦-機接口社區(qū)的發(fā)展壯大。”李曉紅表示。
未來,團隊將圍繞腦類器官全域電極、片上腦訓(xùn)練調(diào)控策略、生物智能-機器智能對話機制等關(guān)鍵問題展開。不過,李曉紅也指出開發(fā)大腦類器官的難點:“一是缺乏血管網(wǎng)絡(luò),營養(yǎng)供給不足;二是缺乏信息輸入,難以形成復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。”
此前,清華大學(xué)團隊為一名癱瘓患者植入腦機接口NEO系統(tǒng),幫助患者恢復(fù)部分活動能力。據(jù)清華研究團隊今年早些時候介紹稱,清華醫(yī)學(xué)院洪波教授設(shè)計研發(fā)的無線微創(chuàng)腦機接口NEO(Neural Electronic Opportunity)與馬斯克領(lǐng)導(dǎo)的Neuralink腦機接口不同,使用微創(chuàng)手術(shù)的方法將電極放在大腦硬膜外,通過長期動物試驗研制,不會破壞神經(jīng)組織。
復(fù)旦大學(xué)光電研究院研究員宋恩名此前向第一財經(jīng)記者解釋稱,Neuralink的腦機接口是有創(chuàng)的侵入式腦機接口技術(shù)路線,清華團隊的是半侵入式的微創(chuàng)技術(shù)路線。他認為,兩種技術(shù)路線各有優(yōu)勢。
產(chǎn)學(xué)融合推動多種技術(shù)路徑發(fā)展
面向腦機接口的國際前沿發(fā)展趨勢,我國已有多個科研團隊正在攻關(guān)不同技術(shù)路徑的腦機接口設(shè)備,其中主要包括侵入式、半侵入式以及非侵入式技術(shù)。
在這一背景下,北京腦科學(xué)與類腦研究所牽頭制定“智能腦機系統(tǒng)增強計劃”,2023年,北京芯智達神經(jīng)技術(shù)有限公司成立,專注于腦機接口研發(fā)與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用,面向國際前沿研發(fā)腦機接口核心部件,開發(fā)神經(jīng)解碼算法,多維度統(tǒng)籌系統(tǒng)集成,針對臨床應(yīng)用等場景研發(fā)產(chǎn)品,進行商業(yè)轉(zhuǎn)化。
今年4月,由北京腦科學(xué)與類腦研究所聯(lián)合北京芯智達神經(jīng)技術(shù)有限公司自主研發(fā)的“北腦二號”腦機接口重大成果亮相中關(guān)村論壇,填補了國內(nèi)高性能侵入式腦機接口技術(shù)的空白,媲美Neuralink公司。
據(jù)介紹,“北腦二號”配備了高通量柔性微絲電極,這相當于一個“傳感器”,通過腦內(nèi)植入,可以讀取腦電信號,其性能決定著捕捉腦信號的數(shù)量與質(zhì)量。
第一財經(jīng)記者了解到,“北腦二號”的上一代產(chǎn)品“北腦一號”聚焦半侵入式采集腦皮層電信號,目前也已進入臨床研究。
另一方面,面向腦健康干預(yù)、腦疾病治療與神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)需求與挑戰(zhàn),神經(jīng)科技前沿技術(shù)需要進一步的轉(zhuǎn)化,促進神經(jīng)調(diào)控與腦機接口領(lǐng)域科研成果轉(zhuǎn)化落地。
今年5月,復(fù)旦大學(xué)神經(jīng)調(diào)控與腦機接口研究中心正式獲得批復(fù)成立,目標是打造神經(jīng)調(diào)控與腦機接口原理探索、顛覆性技術(shù)突破與醫(yī)療健康應(yīng)用新質(zhì)生產(chǎn)力的創(chuàng)新引擎。
據(jù)介紹,該中心服務(wù)于神經(jīng)調(diào)控與腦機接口領(lǐng)域國家重大交叉融合戰(zhàn)略需求,積極布局神經(jīng)調(diào)控與腦機接口技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用,打造腦機接口國家隊,依托類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院,聯(lián)合腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院、腦科學(xué)研究院、大數(shù)據(jù)學(xué)院、集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、附屬華山醫(yī)院、附屬兒科醫(yī)院7家單位共同建設(shè)。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院副院長王守巖研究員對第一財經(jīng)記者表示:“此舉是集聚復(fù)旦大學(xué)醫(yī)理工交叉學(xué)科力量,構(gòu)建腦機接口理論與技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新動力源,打造腦機接口領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研合作無縫創(chuàng)新鏈。”