侵入式腦機(jī)接口，迎新突破

上海證券報(bào)

高位截癱患者靠“意念”操控智能輪椅遛彎、指揮機(jī)器狗取外賣，在腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展下，這樣的場景已成為現(xiàn)實(shí)。

高位截癱患者通過腦機(jī)接口系統(tǒng)意念控制輪椅 圖片來源：腦智卓越中心官網(wǎng)

12月17日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱“腦智卓越中心”）舉行侵入式腦機(jī)接口生活場景應(yīng)用進(jìn)展新聞發(fā)布會(huì)。記者從會(huì)上獲悉，近日，腦智卓越中心趙鄭拓、李雪研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院及相關(guān)企業(yè)，成功完成第二例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)，上述場景正是此次臨床試驗(yàn)的成果展示。

值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)采用的高通量無線侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)（WRS01），在關(guān)鍵技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了系列突破，手術(shù)創(chuàng)傷控制在毫米級。

另據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)第三例腦機(jī)接口患者的臨床試驗(yàn)也已完成，患者可通過意念操控機(jī)械臂抓取水杯等物品，輔助提升生活自理能力。該腦機(jī)接口系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化通用接口設(shè)計(jì)，可與常規(guī)智能輪椅、機(jī)械臂或機(jī)器狗等外設(shè)直接對接使用，大幅降低了患者的使用門檻。

多層技術(shù)突破智能輪椅“隨心所動(dòng)”

“你是怎么控制輪椅轉(zhuǎn)向的？”“就是心里想‘往左、往右’，像玩游戲用搖桿一樣。時(shí)間一長，搖桿的存在感就消失了。”

2022年，一位患者因脊髓損傷導(dǎo)致高位截癱，僅頭頸部可活動(dòng)，一年多康復(fù)后，情況仍無改善。2025年6月，他植入了由腦智卓越中心與合作企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)，成為該項(xiàng)目的第二例臨床患者。如今，他不僅可以用“意念”操控智能輪椅在小區(qū)遛彎，還能指揮機(jī)器狗作為“身體延伸”取回外賣。

高位截癱患者通過腦機(jī)接口系統(tǒng)意念控制機(jī)器狗 圖片來源：腦智卓越中心官網(wǎng)

腦智卓越中心研究員趙鄭拓對上海證券記者表示，第二例臨床患者在接受大約3周的訓(xùn)練后，已經(jīng)能夠用意念操控電腦光標(biāo)和平板電腦等電子設(shè)備了。但團(tuán)隊(duì)捕捉到了他更深層的渴望——不僅僅是控制虛擬世界，更要重新“觸摸”和影響真實(shí)的物理世界，拓展自己的生活邊界。

高位截癱患者通過腦機(jī)接口系統(tǒng)參與線上數(shù)據(jù)標(biāo)注工作 圖片來源：腦智卓越中心官網(wǎng)

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)在技術(shù)上進(jìn)行多層突破。

在神經(jīng)信息提取環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高壓縮比、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。該混合解碼模型在噪聲環(huán)境下仍能高效提取有效信號，將腦控性能整體提升15%至20%。

面對真實(shí)環(huán)境中聲、光、電磁干擾及患者生理、心理狀態(tài)波動(dòng)導(dǎo)致的信號不穩(wěn)定問題，團(tuán)隊(duì)引入“神經(jīng)流形對齊技術(shù)”，從高維動(dòng)態(tài)神經(jīng)信號中提取穩(wěn)定低維特征，增強(qiáng)了解碼器的環(huán)境適應(yīng)性與跨天穩(wěn)定性。

此外，團(tuán)隊(duì)革新系統(tǒng)校準(zhǔn)方式，研發(fā)“在線重校準(zhǔn)技術(shù)”。該系統(tǒng)可在患者日常使用中實(shí)時(shí)微調(diào)解碼參數(shù)，無需中斷操作進(jìn)行專項(xiàng)校準(zhǔn)，使系統(tǒng)性能持續(xù)保持高位，實(shí)現(xiàn)“越用越順暢”的用戶體驗(yàn)。

響應(yīng)速度是腦機(jī)接口的核心指標(biāo)之一。人體自然神經(jīng)環(huán)路傳導(dǎo)延遲約為200毫秒。團(tuán)隊(duì)通過自定義通信協(xié)議，將系統(tǒng)從信號采集到指令執(zhí)行的端到端延遲壓縮至100毫秒以內(nèi)，低于生理延遲水平，使患者的控制體驗(yàn)更為流暢自然。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，隨著患者對腦控外設(shè)的熟練掌握，任務(wù)相關(guān)神經(jīng)活動(dòng)逐漸由廣泛神經(jīng)元參與轉(zhuǎn)向少數(shù)高效神經(jīng)元主導(dǎo)，在降低認(rèn)知負(fù)擔(dān)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的“內(nèi)化”操控，從神經(jīng)機(jī)制層面解釋了“隨心所動(dòng)”的成形過程。

基于本次試驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)于12月推出性能進(jìn)一步提升的系統(tǒng)升級版本（WRS02），通道數(shù)增至256。WRS02的首例前瞻性臨床試驗(yàn)計(jì)劃于近期開展。

部分領(lǐng)域?qū)⒃诙唐趦?nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用

記者獲悉，團(tuán)隊(duì)第三例腦機(jī)接口患者的臨床試驗(yàn)也已完成。在演示視頻中，一名癱瘓患者正通過意念操控機(jī)械臂，精準(zhǔn)抓取水杯，順利完成喝水動(dòng)作。

“我們第一例臨床試驗(yàn)主要專注于控制電子設(shè)備，第二例臨床試驗(yàn)探索全方位突破，從二維到三維，從虛擬到物理，從基礎(chǔ)控制到生活融合。”趙鄭拓說。

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心李雪（左） 趙鄭拓（中） 馬天宇（右） 圖片來源：腦智卓越中心官網(wǎng)

“我們初心是解決患者真實(shí)生活中的具體問題。”腦智卓越中心研究員李雪表示，所有演示都是“解決方案”的有機(jī)組成部分，產(chǎn)業(yè)化落地則是其中的關(guān)鍵一環(huán)。

正是電動(dòng)輪椅、機(jī)器狗、人形機(jī)器人等智能外設(shè)的普及，才讓腦機(jī)接口的“意念控制”有了用武之地，能切實(shí)提升患者生活質(zhì)量。為此，研究團(tuán)隊(duì)主動(dòng)與這些外部設(shè)備廠商合作，共同定義控制協(xié)議和應(yīng)用場景，形成了“腦機(jī)接口搭橋，智能外設(shè)賦能”的共贏模式。

在趙鄭拓看來，接下來，腦機(jī)接口將與人工智能更深入融合，并分為三個(gè)階段。

首先是“AI for BMI”，即利用AI算法（如深度學(xué)習(xí)）來解碼復(fù)雜的神經(jīng)信號，這是當(dāng)前的基礎(chǔ)。

其次是“BMI with AI”，即腦機(jī)接口作為人類高級意圖的發(fā)出端，與具備自主執(zhí)行能力的AI體（如具身智能機(jī)器人）協(xié)同工作，人類管戰(zhàn)略，AI管戰(zhàn)術(shù)。

腦智卓越中心微納電子加工平臺加工侵入式腦機(jī)接口柔性電極 圖片來源：腦智卓越中心官網(wǎng)

最具想象力的第三層是“融合”。趙鄭拓表示，未來腦機(jī)接口或可實(shí)現(xiàn)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在信息層面的深層耦合。人類對外設(shè)的控制，將不再是發(fā)送詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)指令，而是像控制自己肢體一樣，通過神經(jīng)活動(dòng)模式的直接耦合來實(shí)現(xiàn)“無感操控”。這將使AI真正成為人類認(rèn)知與能力的無縫延伸。

從腦機(jī)接口發(fā)展時(shí)間軸來看，趙鄭拓判斷，短期（三年內(nèi)），運(yùn)動(dòng)、語言功能重建將實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用；中期（五年內(nèi)），人工視覺、聽覺等感知覺修復(fù)，以及對帕金森、抑郁癥等神經(jīng)精神疾病的精準(zhǔn)調(diào)控將取得突破；長期（十年左右），高度微創(chuàng)化的系統(tǒng)有望催生醫(yī)療消費(fèi)乃至普通消費(fèi)場景。

醫(yī)療與消費(fèi)應(yīng)用加速邁向現(xiàn)實(shí)

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)正從實(shí)驗(yàn)室走向臨床驗(yàn)證，隨著商業(yè)化前景日益清晰，這一進(jìn)程已不再僅由科研機(jī)構(gòu)引領(lǐng)。

近期，另一則行業(yè)消息顯示，由腦虎科技自主研發(fā)的國內(nèi)首款、國際第二款內(nèi)置電池的全植入、全無線、全功能腦機(jī)接口產(chǎn)品完成首例臨床試驗(yàn)。該產(chǎn)品所有核心模塊完全植入體內(nèi)，體表無任何接口，且采用了更適配臨床的無線供能和無線數(shù)據(jù)傳輸供能，無需外接設(shè)備即可完成實(shí)時(shí)交互，代表了植入式硬件的另一重要進(jìn)展。

創(chuàng)新醫(yī)療作為侵入式技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵參與者，其參股公司博靈腦機(jī)的產(chǎn)品線進(jìn)展頗受關(guān)注。其針對上肢康復(fù)的外骨骼系統(tǒng)已進(jìn)入多中心臨床試驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)將于2026年上半年完成二類醫(yī)療器械的注冊申報(bào)。

與此同時(shí)，以非侵入式技術(shù)為核心的上市公司，在進(jìn)入成熟的醫(yī)療器械領(lǐng)域的同時(shí)，也在拓展新興的消費(fèi)健康領(lǐng)域。

誠益通的代表品牌龍之杰的經(jīng)顱磁刺激儀已成功獲得醫(yī)療器械注冊證，證明了其將神經(jīng)調(diào)控技術(shù)產(chǎn)品化的能力。創(chuàng)新醫(yī)療面向中風(fēng)偏癱患者的運(yùn)動(dòng)輔助系統(tǒng)更是進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)在2025年底即可上市銷售。

在更廣闊的消費(fèi)端，狄耐克的戰(zhàn)略意圖明確指向非醫(yī)療場景，正致力于構(gòu)建腦電大數(shù)據(jù)云平臺，并規(guī)劃組建腦電波聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)方向聚焦于睡眠健康、專注培優(yōu)、認(rèn)知康復(fù)三大消費(fèi)級領(lǐng)域。公司在今年5月的業(yè)績說明會(huì)中透露，其睡眠健康類產(chǎn)品（如智能睡眠儀、腦波睡眠監(jiān)測儀）已完成試產(chǎn)工作。

根據(jù)Precedence Research，全球腦機(jī)接口市場2024年規(guī)模約為26.2億美元，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到29.4億美元，到2034年有望增長至124億美元，十年間復(fù)合年增長率為17.35%。

方正證券研究報(bào)告顯示，腦機(jī)接口有望成為下一代人機(jī)交互的核心技術(shù)，徹底改變?nèi)祟惻c機(jī)器的交互方式。在短期內(nèi)，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用將主要集中在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域；中期來看，輸出式腦機(jī)接口技術(shù)將拓展至教育、娛樂、軍事和工業(yè)等領(lǐng)域；長遠(yuǎn)而言，腦機(jī)接口將轉(zhuǎn)向功能改善與增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)融合智能。