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【“江苏力量·向‘新’而行”①】脑机接口,从科幻走进现实


【开篇语】

今年两会期间,习近平总书记参加江苏代表团审议时强调,要牢牢把握高质量发展这个首要任务,因地制宜发展新质生产力。5月30日,省委十四届六次全会对深入学习贯彻总书记这一重要讲话精神进行全面部署。“江苏力量·向‘新’而行”网络主题活动将学习贯彻省委全会精神,探寻江苏加快推动高质量发展的举措,挖掘因地制宜发展新质生产力的江苏故事。

【“江苏力量·向‘新’而行”网络主题活动①】

让大脑与计算机相连,“赛博时代”来临

脑机接口,从科幻走进现实

将脑机接口设备戴在头上、套上气动手套,电脑屏幕上出现了五个手指。注视某个手指,使用大脑“意念”,真的动起来了!在大脑中植入电极,患者的症状缓解了……这些之前在科幻电影中出现的场景,如今正逐步成为现实。脑机接口都有哪些奥秘?能帮人类做哪些事?近日,在景昱医疗科技(苏州)股份有限公司(简称“景昱医疗”)和苏州念及智能科技有限公司(简称“念及科技”),扬子晚报/紫牛新闻记者一探究竟。

帕金森患者开机后“不抖了”

“第一步,把脑袋‘打’开;第二步,把电极放进去;第三步,把脑袋‘关’上。”在景昱医疗总工程师朱为然的表述中,脑机接口的产品之一——神经刺激器的植入过程,就跟“把大象放到冰箱里”一样简单。在实验室的一堆仪器前,他手托颅骨模型,给记者做起了演示。

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“植入式神经刺激器又叫脑起搏器,目前多用于中晚期帕金森疾病的治疗。产品分为植入式神经刺激器、电极、延伸导线三部分。首先,在颅骨顶部开直径14毫米的两个小孔。在立体定向手术设备的引导下,将耳机线粗细的电极导线从颅孔植入大脑。”跟随朱为然的描述,记者想象着在微创手术中,将电极植入颅内70到80毫米处,到达脑深部特定的核团。

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接着,将电极在颅顶进行外固定,将延伸导线与电极在耳后连接,同时与神经刺激器在胸前锁骨下区域连接,从而完成脑机接口植入。

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帕金森病是一种常见的神经退行性疾病,临床表现为震颤、僵直、步态迟缓等。神经刺激器类似运动手表大小,是钛合金材质。医生开机后,帕金森患者的症状将得到有效缓解。

在一个治疗视频中,记者看到神奇一幕——患者的身体前一秒还抖动得如同踩了高速马达,开机后瞬间恢复正常。

朱为然介绍,中国现有300多万名帕金森患者。景昱医疗的植入式神经刺激器,每年可惠及逾2000个家庭。

除了化学药之外的“电子药”

景昱医疗董事长兼总经理宁益华解释,“景昱”的“景”代表着“愿景”;“昱”的意思为“日光”。“我们希望研发先进的医疗器械,实现照耀更多病人的目标。脑机接口对脑功能疾病的治疗,是除了化学药之外的‘电子药’。”宁益华介绍, 景昱团队从事脑科学相关研发已有15年。70%-80%的帕金森病患者会在中晚期出现步态迟缓的问题。景昱于2024年推出的创新迭代的八触点双靶点帕金森DBS(脑深部电刺激术)产品,可有效改善这一问题。此外,该技术在治疗难治性精神类疾病方面也取得了重大突破,目前的重点方向是治疗难治性强迫症和药物成瘾等疾病。

宁益华介绍,脑机接口属于交叉学科,整合了多学科技术,比如材料学、精密加工、计算机软硬件、信息安全、医学、心理学、神经科学……其最大的门槛是人才和研发。景昱研发团队有100多人,占公司总人数的25%。公司每年投入的科研费用占年度销售收入的40%以上。

在宁益华看来,新质生产力就是人类在科技发展过程中,获得更多的新技术和新产品,从而提升人们的生活质量,提供新的经济增长引擎。未来,公司希望逐个攻克自闭症、老年痴呆等脑功能疾病,并降低成本,让高科技走近更多普通人。

“读心术”用意念控制“技能”下载

走进念及科技的“脑科学未来探索馆”,能近距离感受“读心术”。当扬子晚报/紫牛新闻记者将类似发带的脑机接口设备戴在头上、套上气动手套,电脑屏幕上出现了五个手指。记者注视某个手指设法让它“动起来”,神奇的一幕发生了:屏幕上记者注视的手指方格出现被选中的蓝色标记,记者对应的手指也动了起来,想动哪就动哪,大脑用“意念”把手套“拿捏”住了!

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电影《黑客帝国》里的经典场景也略见一斑。当记者戴上脑机接口交互设备及VR头显时,瞬间变身为虚拟世界里拥有超能力的未来战士,无需手柄,目之所及,用脑电波点亮火把、击碎陨石;施展“意念”魔法,变换各种天气,可以让枯树重焕新机,开满繁花……

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“这是脑机接口的人机交互应用场景。”念及科技总经理、联合创始人赖艳介绍,脑机接口架起了人与计算机的信息桥梁,在脑卒中、帕金森等医疗康复中大展身手。以念及科技自主研发的脑机接口手功能康复训练系统为例,该系统解决了脑卒中及瘫痪病人在康复过程中的痛点,传统的康复训练是简单的肌肉牵引,是“不过脑”的被动康复,治标不治本。通过脑机接口在大脑和肢体之间建立人工的辅助传导通路,是“过脑”的主动康复,重建大脑与外周神经的连接,从而大大提升康复效果。

国产率100%,应用场景丰富

赖艳介绍,念及科技开发了一套脑控打字系统,失能失语患者可以借此系统自主表达意愿;还可以直接控制外部设备,提升患者的生活自主性。

2018年,央视《挑战不可能》节目也曾展现过“脑控打字”。一位渐动症患者穿戴上脑电帽后用意念打字,引发热议。该项技术的研发牵头人是清华大学博士、中国科学院半导体研究所研究员王毅军。2022年创立的念及科技,其首席科学家正是王毅军。“当年搬了实验室电脑去节目现场,患者头上还戴了很重的脑电帽,打满导电膏才实现。现在,这套设备已被仅重75克的全国产化无线高速率脑机接口交互设备LinkMe所替代——无线可穿戴高速率,国产率100%。”赖艳介绍,脑机接口从实验室走向现实,一定要考虑产品轻量化、穿戴舒适度以及交互的友好性。4月26日,脑机接口产业联盟发布首批《2024脑机接口产业创新十大案例》,念及科技LinkMe上榜。

探索无止境。念及科技创新实验室主任董越博士介绍,念及科技脑机接口编解码算法,目前已达到325bits/min的高信息传输速率,以脑机接口打字为例,相当于每秒钟输入一个字符,保持着非侵入式脑机接口通信速率世界第一的纪录。

场景在拓展。脑机接口技术还应用于儿童注意力检测、疲劳监测、视野检测等场景。

高端康复病床机构、地方残联以及相关医院、智能驾驶车企……念及科技不断解锁新场景。“未来在智能驾驶领域,脑机接口将在人车交互、智能驾舱、疲劳驾驶监测等方面带来惊喜。”赖艳说。

【专家点评】

加快推动脑机接口产业培育壮大

脑机接口是在生物脑与智能机器之间建立信息交流的直接通道,实现大脑与智能机器的双向交互、协同工作及功能融合,正加速从科研走向应用,市场发展潜力巨大。我国明确将脑机接口列为代表新质生产力的未来产业技术方向,江苏在《关于加快培育发展未来产业的指导意见》中亦提出前瞻布局类脑智能技术。

目前,我国脑机接口正处于创新突破和应用拓展关键期,产业应用仍以医疗场景为主。江苏拥有丰富的类脑创新资源, 是全国脑机接口产业分布的主要集聚地之一,已涌现出一批在细分领域技术水平领先、商业化能力较强的企业。

进一步推动脑机接口产业发展壮大可以从三个方面着力。

一是加强技术突破。推动神经技术与类脑计算技术的融合,用好“揭榜挂帅”“赛马”等机制围绕脑机接口技术发展趋势、重点领域、技术难题等进行研发突破,如电极生物相容性材料、芯片运算能力与功耗等。

二是加快市场拓展。除了深化脑机接口在医疗领域的应用外,还应加强在非医学领域,如教育、娱乐游戏等行业的应用。推动将脑机接口技术转化为市场化、大众化的产品,满足不同用户需求,促进企业价值实现。

三是加大政策扶持。瞄准脑机接口细分领域,完善产业链布局。大力引培神经科学、电子技术、信息技术、先进制造、材料科学等领域高质量复合型人才。加大政府采购、国产替代等对脑机接口产品的支持力度,并提升监管政策的适配性。

备注:“赛博”是Cyber的音译。在现代语境中,"赛博"通常与电脑仿生、人工智能等概念相关联。

程俊杰(江苏省社科院区域现代化研究院副院长、研究员)

策划:王文坚 薛兵 李军 李荣洲

文字:沈春宁  马燕  李冲

摄像:卢婧 陈金刚 于房浩

剪辑:朱君贤  曾宏亮  唐嘉钰

校对 周露

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