從二維到三維，侵入式腦機(jī)接口助力癱瘓患者用意念操控“現(xiàn)實(shí)”

來(lái)源：央視新聞

記者：帥俊全、褚爾嘉

12月17日，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心發(fā)布該中心與國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)及醫(yī)療單位合作開展的第二例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)取得的新進(jìn)展。本次臨床試驗(yàn)在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從二維的屏幕光標(biāo)控制，到三維的物理世界交互的重大轉(zhuǎn)變。

接受本次腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的是一位中年男性患者。由于一次不幸摔倒，這位患者在2022年因脊髓損傷導(dǎo)致四肢癱瘓，經(jīng)過(guò)一年多的康復(fù)，情況未有改善，僅剩頭頸部可以活動(dòng)。2025年6月，患者植入了科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。起初，該患者經(jīng)過(guò)2到3周的訓(xùn)練，能夠?qū)崿F(xiàn)憑借意念對(duì)電腦光標(biāo)、平板電腦等電子設(shè)備的控制，這也是科研團(tuán)隊(duì)第一例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)時(shí)植入者達(dá)到的行為水平。

為了進(jìn)一步提高植入者對(duì)周圍環(huán)境的交互能力，研究團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，通過(guò)更多新技術(shù)的引入，成功將腦機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景從二維屏幕拓展到了三維物理世界。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)讓使用者通過(guò)大腦“意念”實(shí)現(xiàn)接近常人使用手機(jī)和電腦的操作速度，以及初步控制具身智能機(jī)器人的能力。

侵入式腦機(jī)接口由兩部分組成，前端的傳感器和后端的處理器。前端的傳感器粗細(xì)只有一根發(fā)絲百分之一左右。傳感器大約5到8毫米嵌入到植入者的大腦里面，并在植入者顱骨上打薄3到5毫米，然后將后端處理器嵌入進(jìn)去，整體是一個(gè)整個(gè)微創(chuàng)的過(guò)程。

專家稱，前端的傳感器相當(dāng)于連接大腦的網(wǎng)線，負(fù)責(zé)連接到外部世界，上傳、下載各種信息。后端的處理器負(fù)責(zé)把大腦的這些微弱的神經(jīng)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，也就是機(jī)器能夠讀懂的語(yǔ)言。這樣植入者就能通過(guò)意念來(lái)實(shí)現(xiàn)操控外部設(shè)備，輔助其生活。

據(jù)了解，連續(xù)、穩(wěn)定、低延遲的精準(zhǔn)控制是這次發(fā)布的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高壓縮比、高保真的神經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并創(chuàng)新性地融合了“尖峰頻段功率相鄰脈沖間隔”與“尖峰脈沖計(jì)數(shù)”幾種數(shù)據(jù)壓縮方式。這套混合解碼模型，即便在神經(jīng)信號(hào)相對(duì)嘈雜的環(huán)境中，也能高效提取有效信息，將腦控性能整體提升了15%到20%。

除此以外，科研團(tuán)隊(duì)還攻克了“跨天穩(wěn)定神經(jīng)流行對(duì)齊”“在線重校準(zhǔn)”等關(guān)鍵核心技術(shù)，使系統(tǒng)能在患者日常使用過(guò)程中，實(shí)時(shí)、無(wú)聲地微調(diào)解碼參數(shù)，讓植入者越用越順手。與此同時(shí)，這套系統(tǒng)從信號(hào)采集到指令下發(fā)到外設(shè)的端到端延遲，也壓縮到了100毫秒以內(nèi)，低于人體自身的生理延遲，這使得患者的控制體驗(yàn)更加流暢，意念與動(dòng)作幾乎同步。在此基礎(chǔ)上，目前科研團(tuán)隊(duì)還在研究更多應(yīng)用場(chǎng)景，以適應(yīng)植入者不同的需求。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明介紹，證實(shí)電極在大腦中的安全性，長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，并且信號(hào)的記錄和解碼也都穩(wěn)定，這是侵入式腦機(jī)接口邁向?qū)嶋H醫(yī)療應(yīng)用必須走的一步。將來(lái)相關(guān)技術(shù)會(huì)拓展出更多的應(yīng)用，例如解碼大腦里的語(yǔ)言信息等。