21世纪经济报道 闫硕
据上海市人民政府官网转载的消息，近日，上海岩思类脑人工智能研究院与复旦大学附属华山医院合作，在脑机接口领域取得突破。
10位受试者在大脑植入电极后，经过短时间训练，通过解码其大脑神经电活动，与脑部电极相连的电脑就会实时显示他们想说的中文语句。这一进入临床试验阶段的科研成果，意味着脑机接口技术能高效、准确地将人的想法转化为文字，为渐冻症、脑卒中等失语患者带来新的解决方案。
脑机接口（BCI）是在大脑与外部设备之间创建信息通道，实现两者之间直接信息交互的新型交叉技术。根据硬件接入方式的不同，脑机接口可分为侵入式、半侵入式和非侵入式。医疗领域是当前主要应用场景，2024年中国脑机接口医疗领域应用占比约为46%。
其中，让受试者用意念“发声”这一细分场景，近些年不断实现突破，上述案例并非孤例。今年初，上海脑虎科技有限公司与复旦大学附属华山医院合作，成功实现“脑控”智能设备和“意念对话”。6月，美国加州大学戴维斯分校的研究团队研发的脑机接口可以让受试者哼唱出一串音符。
由于脑机接口技术可以直接实现大脑与外部设备的交互，因此，除让受试者用意念“发声”外，脑机接口技术还广泛应用于肢体运动障碍诊疗、意识与认知障碍诊疗、精神心理疾病诊疗等领域，且多个领域近年来也不断传来重磅消息。
失语者用意念“发声”
近年来，随着神经科学与工程技术的迭代发展，脑机接口尤其是语言脑机接口领域取得系列成就，基本实现失语患者“脑波转语音”的实时沟通。在全球相关研究的推动下，语言脑机接口有望迈入“毫秒级解码+自然对话”的医疗应用新阶段。
中国科学院自动化研究所研究员余山近日撰文指出，语言脑机接口作为脑机接口的一个具体应用方向，它通过直接检测大脑活动，特别是从控制运动的脑区提取与说话相关的信号，解码其中包含的语句信息，进而控制语音合成设备“说出”患者想说的话。理想情况下，它就像一个实时的同声传译系统，不仅要准确解读人们的意图和想法，还应尽可能快速、保真地输出自然语言。
在具体应用时，需要考虑不同语言所带来的技术障碍。比如，相较英文而言，解读中文的脑电信号要更难，因为英文的音素只有近50个，而中文的声母、韵母、四声的排列组合，使音素多达400个以上。
在研究人员的技术攻坚之下，相关技术对中文声母和韵母的识别准确率均已达到80%以上。根据相关资料，复旦大学附属华山医院利用多年积累的临床资源，建立了一个颅内脑电数据库，岩思类脑在这一数据库的支持下研发出脑电大模型，读取受试者脑电信号。目前，脑电大模型对中文声母的识别准确率超83%，韵母识别准确率超84%。
上述10位受试者此前已植入多根sEEG（立体定向脑电图）电极，在模型训练阶段，他们耗时100分钟，朗读了54个汉字。在训练过程中，电极采集了受试者不同脑区、不同深度的脑电信号，将它们输入脑电大模型。
临床试验显示，脑电大模型可在54个汉字训练集的基础上，解读出1951个常用汉字，外推率达到1∶36，具有很强的泛化性。半秒钟内，大模型就能解读出一个完整的中文语句，且语句字数没有限制，理论上可达到较高的输出率。
让受试者用意念“发声”，该案例并非孤例。今年初，上海脑虎科技有限公司对外宣布，其在与复旦大学附属华山医院的合作中取得了突破性进展。研究团队在语言区占位肿瘤癫痫患者上进行了柔性脑机接口植入手术，患者术后恢复良好，五天后实现142个常用汉语音节下71%的解码准确率，并且单字解码时延小于100毫秒，是当时国内实时汉语言解码的最高水平。
国外相关领域也不断实现突破，今年6月，英国Nature杂志（《自然》）发布一项研究，美国加州大学戴维斯分校的研究团队开发一种脑机接口，一位因患上渐冻症（ALS）而丧失了清晰说话能力的45岁男子植入了该设备，在其发出有说话意图的神经活动信号后10毫秒内便可以说出话语，还能以三种音高哼唱出一串音符。
多场景加速落地
让失语患者重新“发声”只是脑机接口技术其中的一种应用场景。
马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink日前发布了其最新研究成果。目前已有7位受试者植入了Neuralink设备，包括4名脊髓损伤患者与3名ALS患者。受试者通过脑机接口可以控制电脑、机械臂等，平均每周使用设备时长约50小时，峰值超100小时。未来三年，Neuralink将逐步把脑机接口的能力边界拓展至语言、视觉、全脑。
北京昌发展医药健康公司副总经理谢新秋向21世纪经济报道记者介绍，在医疗领域，脑机接口技术具有广阔的应用场景，尤其在满足瘫痪患者康复需求、神经疾病治疗及儿童罕见病干预等方面，将惠及更多患者群体。
麦肯锡预测，全球脑机接口医疗应用市场规模有望在2030年达到400亿美元，2040年达到1450亿美元。其中，以中枢神经系统疾病治疗为主的市场规模2030年预计为150亿，2040年为850亿；以情绪评估与干预为主的医疗消费市场规模2030年预计为250亿，2040年为600亿。
也正因其广阔的应用场景，近年来国家持续推出相关政策推动脑机接口发展，北京、上海、四川等地也相继发布脑机接口相关产业培育行动规划。另外，今年以来，北京、武汉、广州、深圳、上海、新疆等多地相继建立脑机接口临床转化中心。由此可见，脑机接口技术正加速从实验室走向现实。
“目前，多地已将脑机接口列为未来产业的重点内容，积极布局相关产业生态与技术研发。昌发展深耕脑机接口技术领域已逾十年，在发展过程中我们也观察到，整个行业仍面临诸多挑战，其中企业参与度较低、核心技术门槛过高等问题较为突出。”谢新秋表示，尤其是侵入式脑机接口技术难度较高。
学术研究《植入式脑机接口系统实现、临床进展与技术挑战》中也指出，目前虽然临床试验的植入式脑机接口技术取得了突破性进展，但如何构建长期稳定的神经界面、实现高质量的信号采集和神经调控仍面临诸多挑战。
一方面，植入式脑机接口主要依赖电极来记录神经元信号，然而在电极记录过程中会由于头部运动和电极机械失配而对组织造成损伤，导致炎症反应和神经疤痕、电极周围细胞积聚等，影响信号记录质量。另一方面，由于神经信号的变异性与复杂性等固有特质，使得构建鲁棒的解码器成为一项极具挑战性的任务。
需要强调的是，脑机接口目前还处于技术早期探索阶段，也因此，国内外领先科研机构和企业，都在脑机接口技术方面加大投入，希望在这一领域构建核心技术壁垒。
华福证券近日分析指出，脑机接口已历经五十年发展历程，多国为期十年的前期投入已助力脑机接口技术和产业从应用萌芽期迈入普及期，有望在十年内实现“应用解决方案效果良好，多类解决方案走向成熟”的目标。脑机接口是事关经济社会发展的战略性领域，其深化发展有利于我国在未来产业科技竞争中抢占制高点。
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