電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）近日，腦機(jī)接口技術(shù)又取得重大進(jìn)展，美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校健康中心開(kāi)發(fā)出一款新型腦機(jī)接口（BCI），可將腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音，準(zhǔn)確率高達(dá)97%。該團(tuán)隊(duì)在一名因肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）而語(yǔ)言能力嚴(yán)重受損的男子大腦中植入傳感器。啟動(dòng)該系統(tǒng)后，該男子在幾分鐘內(nèi)就能說(shuō)出自己想要說(shuō)的話(huà)。

腦機(jī)接口不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)手術(shù)在這名患者大腦的外層植入了四個(gè)電極陣列，每個(gè)陣列的64個(gè)探針能捕捉到患者試圖移動(dòng)嘴唇、下巴和舌頭說(shuō)話(huà)時(shí)，神經(jīng)元發(fā)出的電信號(hào)。

手術(shù)后三周，研究者成功將植入設(shè)備通過(guò)連接到患者頭骨上兩個(gè)金屬柱子的連接線(xiàn)，連接到一排計(jì)算機(jī)上。僅僅在計(jì)算機(jī)短暫地學(xué)習(xí)了患者的講話(huà)后，這套裝置就開(kāi)始以99.6%的準(zhǔn)確率記錄他想通過(guò)50個(gè)詞匯表達(dá)的內(nèi)容。

在試驗(yàn)的第二天，設(shè)備已經(jīng)能夠以90%的準(zhǔn)確率覆蓋125,000個(gè)詞匯，并且首次生成了該名患者自己編寫(xiě)的句子。而且，該設(shè)備用一種非常像他自己聲音的聲音說(shuō)出了這些句子：研究者使用播客采訪(fǎng)和其他舊錄音，使用AI深度模仿該名患者在患病之前的聲音。

隨著研究者們繼續(xù)訓(xùn)練設(shè)備以識(shí)別他的聲音，設(shè)備表現(xiàn)得越來(lái)越好。研究報(bào)告稱(chēng)，在八個(gè)月的時(shí)間里，該名患者共說(shuō)出了近6,000個(gè)不同的詞匯，設(shè)備的準(zhǔn)確率保持在97.5%。

研究人員表示，這一成就部分得益于像ChatGPT這樣的語(yǔ)言工具所使用的人工智能模型。在任何給定時(shí)刻，該名患者的植入物會(huì)拾取一組神經(jīng)元的活動(dòng)，將它們的發(fā)射模式翻譯成元音或輔音的聲音單位。然后，計(jì)算機(jī)將一串這樣的聲音聚合成一個(gè)詞，并將一串詞聚合成一個(gè)句子，選擇它們認(rèn)為最有可能與該名患者試圖說(shuō)的內(nèi)容相符的輸出。

腦機(jī)接口，是指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機(jī)接口技術(shù)是一種變革性的人機(jī)交互技術(shù)。其作用機(jī)制是繞過(guò)外周神經(jīng)和肌肉，直接在大腦與外部設(shè)備之間建立全新的通信與控制通道。它通過(guò)捕捉大腦信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和控制。

腦機(jī)接口這一概念早已有之，但直到20世紀(jì)90年代以后，才開(kāi)始有階段性成果出現(xiàn)。2023年，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了可以將神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為接近正常對(duì)話(huà)速度的語(yǔ)句的腦機(jī)接口。全球首例非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京獲得成功，促進(jìn)了介入式腦機(jī)接口從實(shí)驗(yàn)室前瞻性研究向臨床應(yīng)用邁進(jìn)。

2024年1月29日，首例人類(lèi)接受了腦機(jī)接口公司Neuralink的植入物，目前恢復(fù)良好。2月，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科賈旺教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)洪波教授團(tuán)隊(duì)，利用微創(chuàng)腦機(jī)接口技術(shù)首次成功幫助高位截癱患者實(shí)現(xiàn)意念控制光標(biāo)移動(dòng)。

3月，清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)公布了兩個(gè)案例，兩位高位截癱患者分別通過(guò)無(wú)線(xiàn)微創(chuàng)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了意念控制光標(biāo)移動(dòng)、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢癱瘓14年來(lái)，第一次實(shí)現(xiàn)了“用手喝水”。5月消息，腦機(jī)接口公司Neuralink正在接收第二位植入者申請(qǐng)，該試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)意念控制手機(jī)和電腦。

腦機(jī)接口技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。在電極與芯片技術(shù)方面，腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵在于高效、精確地采集和分析腦電信號(hào)。近年來(lái)，電極材料和神經(jīng)接口芯片技術(shù)不斷升級(jí)，使得信號(hào)采集的精度和實(shí)時(shí)性大大提高。

在信號(hào)解碼與處理方面，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的引入，腦電信號(hào)的解碼能力顯著增強(qiáng)。這些技術(shù)能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別和理解大腦中的信息，為腦機(jī)接口的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)在腦機(jī)接口創(chuàng)新方面的應(yīng)用，在上述團(tuán)隊(duì)的最新研究中就得到了很好的體現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)外腦機(jī)接口芯片進(jìn)展

從腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，其上游主要包含電極、算法、BCI芯片等軟硬件設(shè)備，中游主要為腦機(jī)接口系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)及合作伙伴，下游則為應(yīng)用領(lǐng)域，包括科研設(shè)備和醫(yī)療健康領(lǐng)域。

其中，在腦機(jī)接口技術(shù)中，電極和芯片是兩個(gè)關(guān)鍵的硬件組成，電極負(fù)責(zé)高質(zhì)量的信號(hào)采集，芯片負(fù)責(zé)對(duì)這些信號(hào)處理，使其能夠被外部設(shè)備理解和使用。

腦機(jī)接口芯片通常包含精密放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等，它們對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、數(shù)字化和初步處理，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和解碼。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，腦機(jī)接口芯片可以分為主要用于捕捉大腦神經(jīng)元的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供后續(xù)處理，廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)研究、康復(fù)治療等領(lǐng)域的神經(jīng)信號(hào)采集芯片；通過(guò)解析大腦信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制（如假肢、輪椅）的運(yùn)動(dòng)控制芯片；能夠識(shí)別和分析大腦信號(hào)中的情感信息，為人機(jī)交互等領(lǐng)域提供有力支持的情感識(shí)別芯片等。

目前，全球范圍內(nèi)已有眾多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)致力于腦機(jī)接口芯片技術(shù)的研發(fā)。其中，Neuralink是國(guó)外知名的腦機(jī)接口公司，其首例人體植入的“心電感應(yīng)”N1芯片通道數(shù)為1024，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦活動(dòng)的解碼并幫助患者控制鼠標(biāo)光標(biāo)等。

中國(guó)團(tuán)隊(duì)也自主研發(fā)了多款腦機(jī)接口芯片，包括“天谷”V1.0，該芯片由中電云腦、腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室、天津大學(xué)合作研發(fā)，是一款基于PKS的國(guó)產(chǎn)化腦機(jī)交互信號(hào)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)面向EEG、ECG等神經(jīng)電生理信號(hào)采集與計(jì)算應(yīng)用，構(gòu)建了生理信號(hào)的采集、處理、傳輸系統(tǒng)一體化系統(tǒng)。同時(shí)，該產(chǎn)品與“飛騰CPU芯片+銀河麒麟桌面操作系統(tǒng)”組合實(shí)現(xiàn)了兼容性測(cè)試與認(rèn)證，對(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程具有重要意義。

還有NeuraMatrix芯片，由清華大學(xué)孵化的企業(yè)開(kāi)發(fā)，已完成多輪迭代。該芯片在功耗、無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)确矫婢哂酗@著優(yōu)勢(shì)，能夠降低產(chǎn)品系統(tǒng)功耗，縮小電池體積，實(shí)現(xiàn)整機(jī)體積大幅減小。同時(shí)，其無(wú)線(xiàn)傳輸采用醫(yī)用頻段而非藍(lán)牙，使腦電數(shù)據(jù)傳輸量更大，并可無(wú)縫對(duì)接醫(yī)療器械。NeuraMatrix芯片已形成樣機(jī)并投入科研室使用。

以及“腦語(yǔ)者”芯片，這款芯片由天津大學(xué)和中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司聯(lián)合研發(fā)，是全球首款腦-機(jī)接口專(zhuān)用芯片。該芯片擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備精解碼、高指令、快通訊、強(qiáng)交互等四大優(yōu)勢(shì)，有望在醫(yī)療、教育、家居、游戲及特種行業(yè)等領(lǐng)域投入使用。

另外，去年8月，武漢高德紅外股份有限公司董事長(zhǎng)黃立表示，他投資設(shè)立的衷華腦機(jī)接口公司成功研發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的65000通道雙向腦機(jī)接口芯片。這一技術(shù)的突破將使得多項(xiàng)醫(yī)療應(yīng)用成為可能，例如讓假肢擁有真實(shí)的感覺(jué)、通過(guò)人腦意念控制假肢、治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病如癲癇、阿爾茨海默病、抑郁癥和帕金森病，以及讓盲人恢復(fù)視力、存儲(chǔ)記憶等。今年6月，三博腦科宣布，與武漢衷華腦機(jī)戰(zhàn)略合作簽約，促進(jìn)腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化。

寫(xiě)在最后

近些年，時(shí)常可以看到腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用進(jìn)展。尤其人工智能技術(shù)不斷成熟的情況下，腦機(jī)接口+人工智能，讓更多過(guò)往的想象成為可能，如上述美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校健康中心實(shí)現(xiàn)的這個(gè)案例，在人工智能技術(shù)的幫助下，讓肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）而語(yǔ)言能力受損患者能夠重新“發(fā)聲”。同時(shí)，作為腦機(jī)接口的核心元件的芯片至關(guān)重要，可以看到，國(guó)內(nèi)外企業(yè)和機(jī)構(gòu)都在積極持續(xù)研發(fā)，并不斷取得進(jìn)展。