心有灵犀一“丝”通

心有灵犀一“丝”通
半月谈记者 张漫子
“心有灵犀一点通”,何等美妙的境界。如传说中的异犀一般,仅凭心通意会,就可与这个世界沟通,真的只能在想象中实现吗?
不一定。有一样方兴未艾的技术,其实蕴藏着发挥灵犀功效的巨大潜能。只不过,当它走进我们的生活时,那句诗也许可改为“心有灵犀一丝通”。
这一技术,就是脑机接口。
一根细丝,实现意念控制
绑住双手的猴子,居然仅用“意念”就可控制机械臂抓取草莓。这是2024中关村论坛令人惊异的一幕。
怎么办到的?多亏了我国自主研发的植入式脑机接口“北脑二号”——猴子颅内,已经植入一根神奇的细丝。
这根细丝,就是“北脑二号”三大我国自研核心组件之一——高通量柔性微丝电极。它与千通道高速神经电信号采集设备,以及我国科学家在国际上首创的基于前馈控制策略的生成式神经解码算法一起,为脑机接口这一人机交互与人机混合智能前沿技术,提供了一款“中国造”。
其实,脑机接口并不玄妙。“简言之,就是捕捉大脑电信号的微妙变化,解码大脑意图,实现意念控制动作,不动手也能隔空操控机器。”北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏这样解释。
而脑机接口性能的高低,关键在于大量脑电信号的精准捕捉与解码。这就需要灵敏电极与聪明算法的紧密协作。
细丝一样的柔性电极作为“传感器”,需要精准捕捉尽可能多的脑电信号。算法则要扮演出色的“翻译官”,把大脑意图解析得明明白白。
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强脑科技有限公司智能仿生手体验官在写毛笔字
近距离观察,用于“北脑二号”的我国自研高通量柔性电极又小又细又薄。柔软细丝布满着大量触点,需要放在显微镜下才能依稀看清。这一设计一方面有助于大量捕捉微妙变化的脑电信号,另一方面能够有效降低脑组织损害风险,延长捕捉脑电信号的时间。
“以往的硬质电极植入脑部之后,硬质钢针与脑组织摩擦,会产生炎症,导致采集不到信号,或信号不准确。这一我国自研的柔性微丝电极植入猕猴脑内一年后,仍能精确采集到脑电信号。”北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园告诉半月谈记者,其多项指标已达国际领先水平,且可灵活定制。
不需动手,可以动心
说起来,我们浏览医学新闻的时候,不是没见过脑机接口这个词。截瘫患者等失能人士借助脑机接口,实现一定程度的运动恢复与语言恢复,已非天方夜谭。
不过,脑机接口与身心健康的普通人有关吗?
“太有关系了。”据华南脑控智能科技有限公司董事长李远清介绍,脑机接口可分为植入式与非植入式两类。我们刚才提到的植入细丝电极,当然就是植入式;正常人可能受到晕车、失眠一类症状困扰,健康的儿童面对繁多的学习任务有时也会注意力不集中,这些就是非植入式脑机接口应用潜在的用武之地。
以脑机接口治疗失眠,已进入应用阶段。李远清介绍,使用者戴上重量不足100克的可穿戴头环后,基于采集的脑电信号,相关App就会评估其大脑专注程度,然后通过变化视听觉场景,构建神经反馈进行干预,就这样达到了助眠效果。不少运动员已经用上了这样的系统。
“我们对100多名晕车的普通人做了2小时时长的长途乘车测试,用上无需植入的‘脑机接口防晕系统’之后,85%的测试者晕车症状大为缓解。”李远清说。
当然人们还不满足——早上醒来躺在床上,心中念头一动,窗帘就拉开了。随即,冰箱门打开,咖啡机开始工作,电脑自动启动……这样的生活离我们还远吗?
实际上,基于眨眼(眼电信号)与意念(脑电信号)信号采集,头部微微一动,不动手就能操作鼠标,控制一系列智能家居设备,已经成为现实。
脑机接口影响的,不止于我们的生活,更有我们的心情。
在大脑中植入电极、远程切换参数,人就能一秒切换情绪。这并不是科幻片,也不是骗局,而是上海瑞金医院的一项临床研究:运用脑机接口技术调控神经,患者术后抑郁症状平均改善超过60%。这让强脑科技合伙人兼高级副总裁何熙昱锦感慨:“简直就是‘快乐开关’。”
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中国科学院深圳先进技术研究院李骁健团队研发的128通道超薄微型脑皮层电极
未来还需“闯三关”
脑机接口技术的下一步要往何处去?
“让电极与大脑友好相处,还要闯三关。”浙江大学南湖脑机交叉研究院常务副院长、教育部脑与脑机融合前沿科学中心副主任王跃明说。
第一关是“物理硬件”——电极、芯片如何设计,才能使稳定性、精准度更高,体积、功耗更小,使用寿命更长,生物兼容性更高,伤害性更小。
第二关叫“理论机制”——如何精准诠释大脑功能(如运动)的编码机制,深入理解大脑是如何执行该功能的(如何控制人类运动)。
第三关则是“交互方法”——电极植入脑内后,“脑-机”交互包括输出与输入两个不可分的过程,“出”指的是如何将海量信息解码、输出,翻译为控制指令,“入”则关系到如何将外部信息编码、输入,这方面的交互机制如何进一步优化,同样是难题。
三关固然是挑战,但脑机接口的探索者仍然相信前方是一条明亮的道路。毕竟,正如中国科学院自动化研究所研究员左年明所言,脑机接口不是一项冰冷的技术,它能创造更美好的生活。