腦機(jī)接口迎重大突破 腦控“意念對話”成為現(xiàn)實(shí)？

新年伊始，腦機(jī)接口領(lǐng)域傳來重磅消息。

1月2日，國內(nèi)侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)頭公司上海腦虎科技有限公司（下稱“腦虎科技”）對外公布：和復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科密切合作，并在天橋腦科學(xué)研究院等的支持下，取得了人體臨床試驗(yàn)突破性進(jìn)展?；谌灾餮邪l(fā)的256導(dǎo)高通量植入式柔性腦機(jī)接口，先后開展高精度實(shí)時運(yùn)動解碼和語言解碼臨床試驗(yàn)研究，成功實(shí)現(xiàn)了“腦控”智能設(shè)備和“意念對話”。

這一突破性進(jìn)展不僅涵蓋了實(shí)時運(yùn)動解碼，更在實(shí)時漢語解碼方面取得了前所未有的突破，標(biāo)志著中國在腦機(jī)接口領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

整個腦機(jī)接口技術(shù)經(jīng)歷從學(xué)術(shù)到科研、從科研到產(chǎn)業(yè)、從產(chǎn)業(yè)到商業(yè)化的歷程，當(dāng)下已邁入快速商業(yè)化階段。

馬斯克創(chuàng)立的Neuralink在近兩年發(fā)布了一系列最新成果，推動這個行業(yè)加速進(jìn)化，資本涌入也更加迅猛。

東方財(cái)富證券分析指出，當(dāng)前我國腦機(jī)接口設(shè)備市場規(guī)模達(dá)十億量級，至2040年有望達(dá)千億量級。我國政策上大力支持腦科學(xué)與類腦研究的發(fā)展，技術(shù)上產(chǎn)學(xué)研醫(yī)緊密協(xié)同，龐大的患者群體基數(shù)帶動需求擴(kuò)張，疊加優(yōu)秀的腦機(jī)接口公司的引領(lǐng)，腦機(jī)接口行業(yè)在多因素促進(jìn)下有望邁入發(fā)展快車道。

更引人注意的是，腦機(jī)接口有望與人工智能技術(shù)相結(jié)合，它們將共同推動著人類社會進(jìn)入一個新的智能化時代。這不僅涉及技術(shù)的進(jìn)步，還包括對人類自身能力的提升和擴(kuò)展。

腦虎科技創(chuàng)始人兼CEO彭雷對21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，相信硅基生命和碳基生命的融合會在2035到2045年之間發(fā)生?！拔覀兇砹颂蓟@邊擁抱硅基生命的趨勢，其他AI伙伴們代表了硅基生命在模擬我們的方式。反正sooner or later，我們會在中間合攏。”

圖片來源：IC photo

2024年1月28日，由埃隆·馬斯克創(chuàng)立的腦機(jī)接口企業(yè)Neuralink，成功實(shí)施了首例人類大腦芯片植入手術(shù)。

3月份，馬斯克在社交媒體平臺上透露，這位因8年前潛水事故導(dǎo)致脊髓損傷、四肢癱瘓的患者已經(jīng)能夠通過意念控制鼠標(biāo)進(jìn)行游戲。

這標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)從理論研究走向了實(shí)際應(yīng)用，有望在商業(yè)應(yīng)用和醫(yī)療治療的方向取得重大突破。

國內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)也在進(jìn)行當(dāng)中。2024年8月，腦虎科技聯(lián)合華山醫(yī)院神經(jīng)外科毛穎/陳亮教授團(tuán)隊(duì)順利完成意念合成運(yùn)動臨床試驗(yàn)。受試者為21歲運(yùn)動區(qū)占位的癲癇患者，通過手術(shù)植入256導(dǎo)高通量柔性腦機(jī)接口監(jiān)測病灶并保護(hù)運(yùn)動相關(guān)的重要腦功能區(qū)。

High Gamma頻段（70-150Hz）是腦電信號中的一個高頻段，通常與大腦的復(fù)雜認(rèn)知功能和神經(jīng)活動同步有關(guān)。它能提供大腦活動的詳細(xì)信息，尤其運(yùn)動和感知信息。在植入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)中，提取該頻段的信號有助于更加精準(zhǔn)地解碼大腦意圖，實(shí)現(xiàn)意念合成運(yùn)動。

據(jù)介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對其腦電信號的High Gamma頻段進(jìn)行腦電特征提取和模型訓(xùn)練，利用LSTM（長短期記憶）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行連續(xù)時間解碼，整體系統(tǒng)延遲小于60ms。得益于256導(dǎo)高通量、高質(zhì)量、高分辨腦電信號和自主開發(fā)的通道篩選算法，可快速精準(zhǔn)確定響應(yīng)腦區(qū)，進(jìn)行實(shí)時高效精準(zhǔn)解碼。

受試者無需動手操作，術(shù)后兩天內(nèi)便可實(shí)現(xiàn)“腦控”玩乒乓球和貪吃蛇游戲。值得注意的是，實(shí)現(xiàn)實(shí)時運(yùn)動解碼之外，腦虎科技的突破更在于實(shí)現(xiàn)了實(shí)時漢語解碼——目前，馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink也僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時運(yùn)動解碼。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，解碼語言是腦機(jī)接口的下一級突破。語言涉及認(rèn)知、記憶、情感等多個大腦功能的綜合，其復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過簡單的運(yùn)動控制。目前全世界從事腦機(jī)接口解碼語言的科學(xué)家屈指可數(shù)，且以英語為主。

相較于英文等字母語言，漢語解碼面臨著更高的技術(shù)難度。漢語是以單音節(jié)為主的聲調(diào)語言和圖形語言，不同于英語等字母語言，其產(chǎn)生過程中的信息轉(zhuǎn)換涉及更多腦區(qū)，這要求腦機(jī)接口技術(shù)必須覆蓋到所有相關(guān)腦區(qū)并采集到足夠的數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確“讀懂”腦電中的漢語信息，需要研發(fā)針對漢語特征的神經(jīng)編解碼機(jī)制和信息處理手段。

2024年12月，腦虎科技聯(lián)合華山醫(yī)院神經(jīng)外科吳勁松教授團(tuán)隊(duì)開展國內(nèi)首例高通量植入式柔性腦機(jī)接口實(shí)時合成漢語言臨床試驗(yàn)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在語言區(qū)占位腫瘤癲癇患者上進(jìn)行了柔性腦機(jī)接口植入手術(shù)，通過植入256導(dǎo)高通量腦機(jī)接口，幫助其定位病灶并保護(hù)語言相關(guān)的重要腦功能區(qū)。

據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹，病人術(shù)后恢復(fù)良好，五天后實(shí)現(xiàn)142個常用漢語音節(jié)下71%的解碼準(zhǔn)確率，并且單字解碼時延小于100ms，是目前國內(nèi)實(shí)時漢語言解碼的最高水平。

此次試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)將患者的意念合成語言，然后語言轉(zhuǎn)化成相關(guān)指令。對于因腦損傷引發(fā)的運(yùn)動和語言障礙患者，如失語癥患者，這一技術(shù)有望幫助他們重建語言功能，實(shí)現(xiàn)與外界的交流。更重要的是，這一成果也為實(shí)現(xiàn)人腦與AI大模型的直接交互，甚至思維交流開辟了新的可能，這將對未來的交流方式、人機(jī)交互等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

正如腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家陶虎此前在人工智能大會上所說，腦機(jī)接口企業(yè)所做的就是兩件事，一是使病人恢復(fù)，通過進(jìn)行廣泛的臨床研究和針對重大腦部疾病的治療，旨在使患者恢復(fù)至正常狀態(tài)；二是探索技術(shù)極限，探究腦機(jī)接口技術(shù)的天花板及其想象邊界，通過將大腦與更強(qiáng)大的感知器和執(zhí)行器相結(jié)合，將五官和四肢功能做更多延續(xù)。

當(dāng)前，以通用人工智能（AGI）為核心的智能技術(shù)一路高歌猛進(jìn)，呈現(xiàn)整體性突變、新現(xiàn)象激增的不可預(yù)測式發(fā)展，并隨之推動相關(guān)行業(yè)推陳出新、自我進(jìn)化。鑒于未來腦機(jī)接口技術(shù)對社會發(fā)展所能夠帶來的強(qiáng)大的推力，其勢必與人工智能技術(shù)相耦合，涌現(xiàn)出新的生產(chǎn)力與發(fā)展動能，從而賦能人類。

彭雷在此前的人工智能大會上指出：“腦機(jī)接口跟AI是一座橋的兩邊，我們各自向?qū)Ψ皆诎l(fā)展?！?/p>

當(dāng)前，AI領(lǐng)域正通過使用千億級別的參數(shù)訓(xùn)練模型，使其盡可能地模仿人腦的工作方式。與此同時，腦機(jī)接口技術(shù)則致力于將人腦活動轉(zhuǎn)化為電腦可以理解的數(shù)據(jù)和算法，通過植入電極等方式實(shí)現(xiàn)人腦與計(jì)算機(jī)之間的直接交流。這一相互融合的過程預(yù)示著碳基生命（即生物體）與硅基生命（即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）在未來可能會更加緊密地結(jié)合在一起。

“盡管目前尚不清楚哪一方的發(fā)展速度會更快，但它們的發(fā)展方向是一致的。”彭雷表示，即實(shí)現(xiàn)更深層次的人機(jī)交互和智能化應(yīng)用。

隨著腦科學(xué)與AI領(lǐng)域的合作和共同探索，預(yù)計(jì)這兩個領(lǐng)域?qū)⒛軌蚋斓貙?shí)現(xiàn)融合，從而推動人類社會進(jìn)入一個新的智能化時代。因此，搭建起腦機(jī)接口技術(shù)與AI技術(shù)之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)二者的相輔相成，共同進(jìn)步，是當(dāng)下業(yè)界的核心課題。

不過，腦機(jī)接口的發(fā)展速度在某些方面比AI慢，仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。目前，腦機(jī)接口行業(yè)缺乏成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，同時行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待完善。

具體而言，硬件層面不統(tǒng)一，不同的研究機(jī)構(gòu)使用的設(shè)備、電極和芯片各不相同；軟件層面不統(tǒng)一，研究者可能使用自行開發(fā)的軟件或不同公司提供的軟件，并通過自制的接口進(jìn)行對接；數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，不同研究間的數(shù)據(jù)缺乏共享性，這限制了知識的積累和驗(yàn)證；算法不統(tǒng)一，研究成果往往被封閉，未能形成有效的開放生態(tài)，阻礙了技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

相比之下，人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展得益于其在基礎(chǔ)能力上的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，這為AI技術(shù)的快速迭代和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

對此，打造一個統(tǒng)一的腦科學(xué)開放平臺顯得尤為必要。彭雷表示，一方面，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與算法開放，將硬件、軟件、數(shù)據(jù)和算法等資源開放給全球科學(xué)家，以促進(jìn)數(shù)據(jù)的可累計(jì)、算法的可分享，加快整個生態(tài)的迭代速度。另一方面，需要多一些合作的機(jī)會，比如和跨國界的科學(xué)家、動物所、實(shí)驗(yàn)平臺合作，找到盡可能多的統(tǒng)一的模式做相類似的研究，形成資源共享、信息可及的良性生態(tài)閉環(huán)。

“不管是科學(xué)家、醫(yī)生、學(xué)者或者行業(yè)伙伴，一起通過生態(tài)的打造，像AI賦能于千行百業(yè)一樣，讓腦科學(xué)也能以AI的迭代速度快速跑起來，是我們希望做到的事情?！迸砝淄嘎?，其計(jì)劃推進(jìn)腦科學(xué)開放平臺的進(jìn)一步落地。

腦機(jī)接口技術(shù)無疑是一項(xiàng)具有革命性潛力的前沿科技，它預(yù)示著人機(jī)交互的新方向。盡管在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、倫理考量、安全性評估等方面存在挑戰(zhàn)，但從業(yè)者普遍對腦機(jī)接口的商業(yè)化前景持樂觀態(tài)度。隨著科技的飛速發(fā)展和研究的不斷深化，腦機(jī)接口技術(shù)也將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

弗若斯特沙利文大中華區(qū)執(zhí)行總監(jiān)周明子認(rèn)為，在我國頂層設(shè)計(jì)的高度重視下，如何有效促進(jìn)腦機(jī)接口的技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，以及穩(wěn)步規(guī)范地推進(jìn)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化發(fā)展就是重中之重，目前我國腦機(jī)接口行業(yè)缺乏成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，同時行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待完善。