腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一種直接連接大腦與外部設(shè)備的技術(shù),，允許通過神經(jīng)信號實現(xiàn)人機交互,，無需依賴傳統(tǒng)的肌肉或語言指令。簡單來說,，腦機接口就像是大腦和外部世界之間的“超級鏈接”,。它讓我們能夠跳過軀體，直接用意念來操控那些曾經(jīng)只能用手或語言控制的設(shè)備,，不再需要繁瑣的操作和復(fù)雜的指令,，只需一個念頭就能開啟全新的世界。
目前腦機接口技術(shù)通常根據(jù)“侵入性”被分為：非侵入式（腦外）,、侵入式和半侵入式三大類,。由于大腦的信息的收發(fā)是通過神經(jīng)元來完成的，所以腦機接口需要通過“傳感器”來監(jiān)聽神經(jīng)元的活動,，而傳感器（神經(jīng)電極）距離神經(jīng)元越近,，信號的清晰度就會越高,。因此，半侵入式和侵入式的腦機接口技術(shù)可以獲得更高清晰度的腦電信號,，但是這類技術(shù)的門檻也相對較高,。埃隆·馬斯克旗下的明星腦機接口公司Neuralink選擇的就是侵入式腦機接口技術(shù)。
雖然中國在半侵入式和侵入式腦機接口技術(shù)上起步相對較晚,，但是近年來的發(fā)展卻是非常的快,，近期國內(nèi)的多個腦機接口技術(shù)團隊都成功取得了新的突破。
全鏈條自主可控,！海南大學(xué)腦機接口專用芯片亮相
據(jù)海南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院官方微信消息,，4月13-18日舉行的第五屆中國國際消費品博覽會上，海南大學(xué)正式發(fā)布了自主研發(fā)的植入式腦機接口（BCI）核心技術(shù)與系列產(chǎn)品,，包括全球領(lǐng)先的腦機接口專用芯片,、神經(jīng)信號采集系統(tǒng)、神經(jīng)信號調(diào)控系統(tǒng)及神經(jīng)元定位系統(tǒng),。
海南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院表示，這一突破標(biāo)志著我國在腦機接口領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全鏈條技術(shù)自主可控,，為腦科學(xué)研究和醫(yī)療應(yīng)用注入“中國芯”動力,。
據(jù)介紹，海南大學(xué)腦機芯片神經(jīng)工程團隊具有近二十年腦機接口芯片及系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗,，圍繞侵入式腦機接口開發(fā)了多款核心芯片,，包括：SX-R128S4高通量神經(jīng)信號采集及刺激芯片，SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片,，以及SX-WD60低功耗無線傳輸芯片,。
上述芯片實現(xiàn)了對腦機接口信號采集、調(diào)控,、傳輸?shù)娜溌犯采w,，性能對標(biāo)國際一線產(chǎn)品，已受到業(yè)內(nèi)多家科研單位,、企業(yè)高度認(rèn)可,。
團隊負(fù)責(zé)人表示：“專用芯片是腦機接口系統(tǒng)的核心，團隊一直專注芯片的開發(fā)迭代,，始終堅持自主創(chuàng)新,，芯片性能已達(dá)到國際先進水平。我們致力于讓科研成果走出實驗室,，打破我國侵入式腦機接口芯片對進口的依賴,，助力中國腦機接口產(chǎn)業(yè)騰飛?！?/p>
北腦一號完成首批無線人體全植入
此外,，作為北京科研工作者自主研發(fā)的智能腦機系統(tǒng)，“北腦一號”近期也在北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院,、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院,，完成了國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機系統(tǒng)的人體植入，患者術(shù)后恢復(fù)良好,，設(shè)備有效通道數(shù)98%以上,。通過使用“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)，癱瘓患者能夠隔空操控計算機,、機械臂,，甚至驅(qū)動肌肉刺激裝置，促進自身肢體運動功能逐漸康復(fù),。
半侵入式“北腦一號”和侵入式“北腦二號”兩套智能腦機系統(tǒng),，是由北京腦科學(xué)與類腦研究所，和其牽頭成立的北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司共同研制的,，均達(dá)到當(dāng)今世界領(lǐng)先水平,。3月20日，腦科所,、芯智達(dá)和宣武醫(yī)院共同發(fā)布了全球首例無線植入式中文語言腦機接口,，成功幫助因漸凍癥導(dǎo)致失語的患者重建交流能力的突破性成果。
據(jù)國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任,、宣武醫(yī)院院長趙國光教授介紹,，本次臨床試驗的首位參與者是一名67歲的漸凍癥（ALS）患者。她于2023年在宣武醫(yī)院確診ALS,，隨著疾病進展出現(xiàn)了極重度構(gòu)音障礙,，與外界的語言溝通極為受限。術(shù)前,，趙國光教授團隊精確定位了患者的語言運動功能區(qū),，并于近日實施了全球首例無線植入式中文語言腦機接口手術(shù)。
在神經(jīng)外科手術(shù)機器人輔助下,，將“北腦一號”精準(zhǔn)植入患者左側(cè)大腦控制語言運動的關(guān)鍵區(qū)域,。手術(shù)采取半侵入腦機技術(shù)路徑，將128通道柔性高密度電極置于硬腦膜外,，在最小創(chuàng)傷的前提下實現(xiàn)高質(zhì)量神經(jīng)信號采集,；將硬幣大小的主控與信號傳輸裝置嵌入顱骨表面，通過無線近場通訊實現(xiàn)神經(jīng)信號的高效傳輸與無線供電,。術(shù)中測試及術(shù)后開機均顯示信號采集質(zhì)量良好,。
3月14日患者開始接受語言解碼訓(xùn)練，信號采集良好,，僅經(jīng)過3小時的訓(xùn)練,，62個常用字詞實時解碼準(zhǔn)確率已達(dá)34%,。目前患者實時解碼準(zhǔn)確率達(dá)52%，已能解碼出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好,，我想和家人散步”這樣的語言,。結(jié)合基于語言大模型的自適應(yīng)糾錯算法實時優(yōu)化，已具備簡單的語言交流能力,，展現(xiàn)出顯著的語言恢復(fù)潛力,。
今年2至3月，“北腦一號”還在北大第一醫(yī)院,、天壇醫(yī)院相繼完成了國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機系統(tǒng)的人體植入,，患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)98%以上,。通過使用“北腦一號”,，癱瘓患者能夠隔空操控計算機、機械臂,，甚至驅(qū)動肌肉刺激裝置,，促進自身肢體運動功能逐漸康復(fù)。同時,，“北腦一號”是國際上首次實現(xiàn)失語患者語言解碼的無線全植入腦機系統(tǒng),，幫助患者重建交流的能力。
19歲右側(cè)額葉癲癇患者成功植入腦虎科技256通道柔性腦機接口
近日,，另一家國產(chǎn)腦機接口技術(shù)廠商——腦虎科技聯(lián)合中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所團隊在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院開展的高精度實時運動解碼臨床試驗再獲重要突破——一名19歲右側(cè)額葉癲癇患者成功植入腦虎科技自主研發(fā)的256通道柔性腦機接口（核心的電極、芯片等都是自研）,，術(shù)后患者恢復(fù)良好,，兩日后順利進入臨床試驗。
通過累計19.87小時的Center-out,、WebGrid等經(jīng)典范式訓(xùn)練,，受試者實現(xiàn)了對經(jīng)典游戲《吃豆人》《坦克大戰(zhàn)》和大型復(fù)雜游戲《王者榮耀》《黑神話：悟空》的精準(zhǔn)腦控操作。
不僅如此,，基于腦虎科技自主研發(fā)的XessOS腦機操作系統(tǒng),，受試者可通過意念流暢地上網(wǎng)和操作各種App（嗶哩嗶哩、小紅書等）,、控制智能輪椅和智能家居設(shè)備（燈光,、窗簾等），顯著提升運動功能障礙群體的自主生活能力,。
據(jù)介紹,，此次患者能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜游戲的精準(zhǔn)腦控，主要得益于腦虎團隊基于256通道柔性腦機接口,，通過采集局部場電位信號（LFP）,，將其與屏幕光標(biāo)運動軌跡實時映射,，形成視覺反饋閉環(huán)控制機制，進而通過XessOS腦機操作系統(tǒng)實現(xiàn)對外部設(shè)備的精準(zhǔn)操控,。
在訓(xùn)練過程中,，團隊采用經(jīng)典的Center-out實驗范式校準(zhǔn)解碼模型：通過位置—速度卡爾曼濾波算法，將256通道皮層腦電信號實時解碼為光標(biāo)速度指令,，使受試者快速掌握閉環(huán)神經(jīng)光標(biāo)的控制能力,。
為進一步強化腦控能力，團隊又引入了WebGrid范式,，要求受試者通過運動想象將光標(biāo)移動至指定目標(biāo)方格,。通過逐步增加網(wǎng)格復(fù)雜度，受試者的腦電控制能力持續(xù)優(yōu)化,。
經(jīng)過累計近20小時的訓(xùn)練,，受試者在增強型用戶界面下光標(biāo)腦控性能達(dá)4.07比特/秒——這一性能已接近馬斯克Neuralink首個受試者Noland經(jīng)過60小時訓(xùn)練后，在增強型用戶界面下的性能,。
值得一提的是,，整個臨床試驗過程，受試者狀態(tài)良好,，全程表現(xiàn)優(yōu)異,。試驗結(jié)束后，華山醫(yī)院醫(yī)生團隊借助腦虎科技自研的256通道柔性腦機接口精準(zhǔn)定位癲癇病灶,，成功實施病灶切除手術(shù),，使受試者運動功能區(qū)得以完整保護，恢復(fù)后的受試者未遺留任何功能障礙,。
對此,，腦虎科技CEO彭雷對受試者表示：“你是中國第一個實現(xiàn)百分之百腦控鼠標(biāo)的年輕人?！?/p>
資料顯示,，上海腦虎科技有限公司成立于2021年10月，是一家以柔性腦機接口去保護和探索大腦的生命科技公司,?；谌嵝噪姌O系統(tǒng)方案的三大發(fā)展方向，上海腦虎科技就自主開發(fā)可臨床大面積推廣的高通量,、低創(chuàng)傷,、可長期在體的柔性腦機接口核心技術(shù)和包括電極、芯片,、材料,、封裝、植入一體化微系統(tǒng)整體解決方案,。
