在猴子颅内植入一片牵着柔软细丝的薄膜，猴子不用动手仅用“意念”就能控制机械臂抓取草莓。在4月25日开幕的2024中关村论坛上，由北京脑科学与类脑研究所联合北京芯智达神经技术有限公司自主研发的“北脑二号”脑机接口重大成果正式亮相，填补了国内高性能侵入式脑机接口技术的空白。
据研发团队介绍，这是在国际上首次实现猕猴对二维运动光标的灵巧脑控拦截。而早在2021年，埃隆·马斯克创立的脑机接口公司Neuralink就已经展示了让猴子通过意念操作游戏杆的视频。
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人机混合智能的前沿技术
脑机接口技术作为大脑与外界设备沟通交流的“信息高速公路”，是新一代人机交互与人机混合智能的前沿技术。北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏解释称：“简单而言，脑机接口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。”
他进一步解释称，决定脑机接口性能的核心在于脑电信号捕捉的清晰度、转化的精准度。“前者靠电极，后者靠算法。”罗敏敏表示，“脑机接口比拼的是安全、稳定、有效，这是一个系统性工程，关键技术有待进一步突破。”
“北脑二号”配备了高通量柔性微丝电极，这相当于一个“传感器”，通过脑内植入，可以读取脑电信号，其性能决定着捕捉脑信号的数量与质量。
北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园介绍称，“北脑二号”柔性电极的有效通道数、长期稳定性等指标均达国际领先水平。不同于硬质电极，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。
此外，“北脑二号”还配备千通道高速神经电信号采集设备以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法。算法相当于一个“翻译官”，能把大脑意图精准解析出来，在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。
据介绍，“北脑二号”系统已经在猴子颅内稳定植入将近一年，在全球首次实现猕猴通过意念控制对二维运动目标的脑控拦截，解决了大规模单细胞信号长期稳定记录和实时解码的国际前沿难题，电极性能关键指标国际领先。
李园告诉第一财经记者，目前“北脑二号”已进行了约10例猴子试验，以测试不同的电极，进行不同的运动解码任务。
罗敏敏对第一财经记者表示，目前正在准备人体试验，包括患者的筛选。“运动障碍是主攻方向。”他说道。
脑机接口是各发达国家在脑科学与类脑研究领域的科技竞争高地，需要跨多个学科集成复杂系统，产业上下游链路长，研发过程涉及电极、芯片、数据、算法、分析软件、生物相容性材料等多个环节。
面向脑机接口的国际前沿发展趋势，中国已有多个科研团队正在攻关不同技术路径的脑机接口设备，其中主要包括侵入式、半侵入式以及非侵入式技术。
在这一背景下，北京脑科学与类脑研究所牵头制定“智能脑机系统增强计划”，2023年，北京芯智达神经技术有限公司成立，专注于脑机接口研发与临床转化应用，面向国际前沿研发脑机接口核心部件，开发神经解码算法，多维度统筹系统集成，针对临床应用等场景研发产品，进行商业转化。
“北脑二号”的上一代产品“北脑一号”聚焦半侵入式采集脑皮层电信号，目前也已进入临床研究。
罗敏敏向第一财经记者强调，我国脑机接口的发展还有很长的路要走，虽然取得了一定进展，但仍要正视与真正的“世界一流”的差距。
正视国内外差距
近年来，中国在脑机接口领域发展迅速，成果不断。今年1月29日，脑机接口被写入工信部、科技部等七部门联合印发的《推动未来产业创新发展的实施意见》。该文件聚焦未来产业，明确提出需要加强量子计算机、脑机接口、新型显示以及6G网络设备的研发。
在政策的加持下，国内已经涌现出一批面向产业化的脑机接口创新企业。例如脑虎科技、博睿康、强脑科技等。
脑虎科技表示，去年上半年就曾在临床上完成3项植入手术，并实现了单神经元Spike信号记录、汉语言解码与合成，以及患者术中语言区实时定位等功能，能指导外科医生精准切除脑区病灶，同时保留患者的重要脑功能。
今年1月31日，清华大学官网发布新闻称，清华大学与宣武医院团队成功进行首例无线微创脑机接口临床试验。据介绍，一名四肢瘫痪14年的高位截瘫患者在植入10天后出院，经过三个月的居家康复训练后，患者可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。
第一财经记者了解到，博睿康是清华团队背后的脑机接口产业化公司。2022年12月，该公司获得数亿美元C轮融资。
在博睿康2022年的融资新闻中，清华医学院洪波教授曾这样评论该公司：“当前博睿康脑电设备的性能已经和日本光电、美国Natus站在了同一高度。脑电设备之于脑机接口行业，就像iPhone之于手机行业；围绕扎实的硬件和操作系统，开发者可以改进电极材料、迭代软件算法。”
不过，目前以Neuralink为代表的国际脑机接口厂商在技术方面仍然领先，并已率先进入人体临床试验。今年1月28日，Neuralink宣布完成了首例人类患者大脑芯片植入，患者恢复良好，并且初步结果显示了颇有前景的神经元脉冲峰电位（neuron spike）的探测。
今年2月时马斯克表示，这名患者已经实现了通过意念来控制电脑鼠标。脑虎科技CEO彭雷当时向第一财经记者预测，Neuralink估计会展示脑机接口对手机及电脑控制、对机械臂控制以及语言输出这三个主要场景。
针对脑机接口未来的发展方向，彭雷表示，未来脑机接口芯片的演进趋势一定是通道数越来越高、单通道功耗越来越低，前端信号处理的压缩能力越来越强；另外植入式产品的芯片需要满足医疗器械的法律法规，包括温升、功耗等要求。
中国科学院院士、中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明在近期接受媒体采访时表示，目前脑机接口的应用主要是在医学领域，全球科学家开展的脑机接口临床试验，多数是针对高位截瘫患者的功能恢复。他认为，未来脑机接口研发的目标是通过迭代开发打造一个通用的微创脑机接口平台，用于癫痫、认知障碍等更多脑疾病的康复。
除了政策支持外，脑机接口的发展也需要大量资本加持。根据Neuralink公司去年11月向美国证监会的提交的文件，该公司目前已经至少筹集了3.23亿美元的资金，这也使这家备受关注的脑机接口公司的估值超过50亿美元。
在国内，目前国资背景的产业投资基金在推动脑机接口技术发展中占据主导。以芯智达为例，该公司由中关村发展集团旗下北京北脑创业投资基金控股。
民营资本方面，天桥脑科学研究院（TCCI）支持并资助了中科院微系统所和华山医院神经外科团队的脑机接口解码中文语言和柔性脑机接口技术研发。据TCCI披露的数据，截至2023年，TCCI累计投入超过约15亿元人民币资金，用于支持国内国际脑科学研究，涵盖了从基础研究到技术应用转化的完整链条。
TCCI联合创始人陈天桥认为，中国研究人员在某些程度上可以超越Neuralink。他在接受第一财经记者采访时曾表示，人工智能技术在近年来脑科学的前沿领域脑机接口方面发挥着巨大的作用，希望更多人工智能人才能够加入脑科学领域。