腦機(jī)接口技術(shù)，作為“十四五”規(guī)劃綱要中重點(diǎn)發(fā)展的“腦科學(xué)與類腦研究”領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，被形象地譽(yù)為大腦與外部設(shè)備之間的“信息高速公路”。
今年以來，隨著人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、傳感器等技術(shù)提升，“腦機(jī)接口”這項(xiàng)聽起來很科幻的技術(shù)，正逐步走進(jìn)我們的生活。
腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用
在山東濟(jì)南的這家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，伴隨著一道道指令的發(fā)出，幾架無人機(jī)在空中靈活翻轉(zhuǎn)，做出各種高難度動(dòng)作。
令人稱奇的是，這些無人機(jī)的“操控者”并非手中握著遙控器的專業(yè)飛手，而是頭戴腦電帽的實(shí)驗(yàn)人員。
山東中科先進(jìn)技術(shù)有限公司總經(jīng)理 李衛(wèi)民：通過腦機(jī)接口，采集實(shí)驗(yàn)人員的大腦信號，然后經(jīng)過算法濾波、運(yùn)動(dòng)識(shí)別，可以判斷出他想要下發(fā)的命令。
腦機(jī)接口的工作原理可以這樣簡單解釋，大腦在思維活動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生腦電波，腦機(jī)接口系統(tǒng)通過識(shí)別腦電波特征，直接讀取大腦意圖，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器或外部設(shè)備之間的交互。技術(shù)人員告訴記者，他們無線腦電采集系統(tǒng)，也就是俗稱的腦機(jī)接口，可以實(shí)現(xiàn)4K赫茲的采樣頻率。
山東中科先進(jìn)技術(shù)有限公司總經(jīng)理 李衛(wèi)民：4K赫茲的采樣頻率，就是一秒鐘可以采4000個(gè)點(diǎn)。通過這么高頻率的采集，我們可以對人的腦電信號進(jìn)行采集，然后再對人的意圖進(jìn)行分析和識(shí)別。
作為一項(xiàng)瞄向未來的前沿技術(shù)，腦機(jī)接口應(yīng)用場景極為廣泛，涵蓋醫(yī)療、娛樂、教育等多個(gè)領(lǐng)域，其中，醫(yī)療是目前最受關(guān)注的領(lǐng)域之一。
記者在山東濟(jì)南的這家實(shí)驗(yàn)室看到，實(shí)驗(yàn)人員穿戴腦控下肢外骨骼系統(tǒng)，依靠“意念”控制外骨骼，帶動(dòng)下肢完成行走、抬腿等動(dòng)作。這一主動(dòng)式康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，為癱瘓患者帶來了全新希望。他們可以通過主動(dòng)的“意念控制”，參與康復(fù)過程，從而更有效地鍛煉肌肉力量、恢復(fù)肢體運(yùn)動(dòng)功能。
山東中科先進(jìn)技術(shù)有限公司腦機(jī)接口研究中心工程師 王圣哲：我們采用非侵入式的方式，通過電極片和腦電帽，隔著頭皮將這種微弱的腦電信號提取出來，通過我們自主研發(fā)的放大器，將信號放大到采集軟件中。通過我們的算法，就可以識(shí)別到用戶現(xiàn)在正在想什么，幫助他們進(jìn)行一系列的康復(fù)。
在國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，記者看到多項(xiàng)涉及腦機(jī)接口的研究已經(jīng)成形。這款設(shè)備，就能幫助卒中的病人由以往的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練變?yōu)橹鲃?dòng)。
四川大學(xué)華西醫(yī)院智能可穿戴健康系統(tǒng)研究室主任 江寧：通過人工智能的方法，我們也能讓腦機(jī)接口的使用門檻越來越低，希望能夠逐漸地把它的滲透率提高，最后能夠進(jìn)入到每個(gè)需要有腦機(jī)接口服務(wù)的家庭。
腦機(jī)接口幫大腦重掌“指揮權(quán)”
腦機(jī)接口技術(shù)主要分為非侵入式和侵入式兩類，其中，非侵入式腦機(jī)接口，是在頭皮表面使用電極、傳感器等設(shè)備，獲取大腦活動(dòng)信息。雖然獲取信號的質(zhì)量水平相對較低，但具有易操作、安全性高等特點(diǎn)。
侵入式腦機(jī)接口，則是通過在大腦皮質(zhì)植入電極，可實(shí)現(xiàn)更高精度、更復(fù)雜的神經(jīng)控制功能。不久前，一場侵入式腦機(jī)接口手術(shù)在四川成功實(shí)施。
在四川大學(xué)華西醫(yī)院的一臺(tái)腦腫瘤手術(shù)現(xiàn)場，醫(yī)護(hù)人員借助侵入式腦機(jī)接口技術(shù)成功將病人的腦膠質(zhì)瘤切除。
醫(yī)生告訴記者，由于惡性腫瘤都像樹根一樣與大腦神經(jīng)元盤根交錯(cuò)，如何在手術(shù)中，既讓大腦功能區(qū)域完好無損，又能讓腫瘤片甲不留，是腦癌手術(shù)中的最大難點(diǎn)。而腦外科輔助腦機(jī)接口的應(yīng)用，為腦癌手術(shù)提供了新的利器。
四川大學(xué)華西醫(yī)院神經(jīng)外科副主任醫(yī)師 楊淵：有了腦機(jī)接口技術(shù)之后，我們能夠通過腦電信號的解碼，通過腫瘤的電信號與正常神經(jīng)元電信號之間的區(qū)別，來判斷這個(gè)地方的組織是腫瘤還是神經(jīng)元，輔助醫(yī)生對腫瘤邊界進(jìn)行判斷，提高了醫(yī)生對于腫瘤的全切率。
在沒有這個(gè)算法以前，醫(yī)生往往只能通過影像學(xué)、超聲、核磁共振等方式對腫瘤邊界進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的主觀判斷。而想要精確地劃分腦部功能區(qū)，還需要在術(shù)中喚醒患者，對其腦部進(jìn)行電刺激，這個(gè)過程無疑對患者來說是痛苦的，甚至很可能引發(fā)癲癇。
四川大學(xué)華西醫(yī)院神經(jīng)外科學(xué)科主任 毛慶：我們現(xiàn)在用的是多通道全頻的腦電信號采集，它是同步實(shí)時(shí)的，不會(huì)引發(fā)癲癇，可以說是一個(gè)革命性的進(jìn)步。
今年2月，國家藥監(jiān)局批準(zhǔn)《采用腦機(jī)接口技術(shù)的醫(yī)療器械 用于人工智能算法的腦電數(shù)據(jù)集質(zhì)量要求與評價(jià)方法》醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目立項(xiàng)。3月11日，國家醫(yī)保局發(fā)布《神經(jīng)系統(tǒng)類醫(yī)療服務(wù)價(jià)格項(xiàng)目立項(xiàng)指南（試行）》，其中專門為腦機(jī)接口新技術(shù)前瞻性單獨(dú)立項(xiàng)，設(shè)立了“侵入式腦機(jī)接口置入費(fèi)”“侵入式腦機(jī)接口取出費(fèi)”“非侵入式腦機(jī)接口適配費(fèi)”等價(jià)格項(xiàng)目。四川省醫(yī)保局年內(nèi)也將公布有關(guān)腦機(jī)接口的服務(wù)價(jià)格。
賽迪研究院信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所副主任 黃文鴻：臨床應(yīng)用是推動(dòng)場景驗(yàn)證與應(yīng)用轉(zhuǎn)化的“最后一公里”，綜合研判在未來5年內(nèi)，腦機(jī)接口有望在重大腦疾病治療方面發(fā)揮重要作用，是腦機(jī)接口技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵一步。
今年我國腦機(jī)接口市場規(guī)模將突破38億元
腦機(jī)接口技術(shù)作為生命科學(xué)與信息技術(shù)深度融合的前沿領(lǐng)域，正展現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展態(tài)勢。
我國在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用拓展以及戰(zhàn)略布局等方面都取得了顯著進(jìn)展，為未來的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級注入了強(qiáng)大動(dòng)力，2025年我國腦機(jī)接口市場將達(dá)到38億元。
今年以來，多地出臺(tái)了專項(xiàng)政策對腦機(jī)接口領(lǐng)域予以支持。北京、上海相繼發(fā)布行動(dòng)方案，針對腦機(jī)接口領(lǐng)域關(guān)注的監(jiān)管政策、臨床試驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)集群、商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)鏈等給出了明確發(fā)展方向。同時(shí)，為確保這一前沿領(lǐng)域健康發(fā)展，國家科技倫理委員會(huì)人工智能倫理分委員會(huì)研究編制了《腦機(jī)接口研究倫理指引》。
賽迪研究院信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所副主任 黃文鴻：隨著腦機(jī)接口領(lǐng)域創(chuàng)新成果持續(xù)涌現(xiàn)，其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將持續(xù)深化，消費(fèi)、工業(yè)、教育等領(lǐng)域應(yīng)用也將加快拓展，有望推動(dòng)市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。
腦機(jī)接口技術(shù)的核心在于解碼大腦產(chǎn)生的復(fù)雜電信號，將其轉(zhuǎn)換為可操作的命令，而人腦產(chǎn)生的信號極其復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)難以完全精確解讀大腦的意圖和思維。目前，我國腦機(jī)接口技術(shù)面臨腦信號解碼、工程化與市場化、長期穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)安全等挑戰(zhàn)。專家表示，我國腦機(jī)接口技術(shù)需要神經(jīng)科學(xué)、材料學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)，突破方向?qū)⒓性诨A(chǔ)研究、材料技術(shù)、算法優(yōu)化和臨床應(yīng)用等方面。
賽迪研究院信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所副主任 黃文鴻：推動(dòng)我國腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以應(yīng)用為導(dǎo)向，特別是當(dāng)前應(yīng)以醫(yī)療場景為重點(diǎn)領(lǐng)域推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，從而解決實(shí)際臨床需求，形成可持續(xù)的發(fā)展模式。同時(shí)，建立完善的腦機(jī)接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及科學(xué)倫理規(guī)范也至關(guān)重要，將為產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)提供規(guī)范引領(lǐng)，形成有序創(chuàng)新環(huán)境。
數(shù)據(jù)顯示，2024年我國腦機(jī)接口市場規(guī)模已達(dá)32億元，年增長率為18.8%，預(yù)計(jì)2025年全年，這一數(shù)字將突破38億元，到2027年將超過55億元，年均增長率保持在20%左右。
