浙江大学脑机接口重大突破 高位截瘫患者用意念写汉字

浙江大学脑机接口重大突破 高位截瘫患者用意念写汉字 据媒体报道，76岁高位截瘫的患者通过侵入式脑机接口，用意念控制外部机械臂手握马克笔，在白板上成功写出“浙江大学脑机接口”。目前，浙江大学脑机接口团队突破了汉字书写的特殊编码机制，在此基础上发展了汉字书写轨迹解码新技术。据了解，在书写每一个汉字时，都有不同的神经元组合参与进来，进而产生不一样的脑信号模式。科研人员通过动态解码模型，可以实时捕捉志愿者的脑神经活动，解析志愿者想象的书写轨迹，再通过控制机械臂进行书写。在离线状态下100个常用汉字的分类正确率达到了91.3%，在语言模型辅助下，正确率可提高至96.2%。 ... PC版： 手机版：

人类首次植入脑机接口芯片 《黑客帝国》成为现实？

人类首次植入脑机接口芯片 《黑客帝国》成为现实？ 埃隆·马斯克X消息截图而首都医科大学宣武医院团队与清华大学医学院团队，也于近日共同对外宣布，脑机接口取得阶段性进展，全球首例接受植入式硬膜外电极脑机接口辅助治疗的四肢截瘫患者，实现了自主脑控喝水。图片截自相关视频这表明，脑机接口已经取得了不小的进步，很多网友甚至开始担心会有《黑客帝国》《攻壳机动队》中，黑客借助脑机接口控制别人的事情发生。这种担心有道理吗？脑机接口究竟能派上什么用场呢？下面咱们就来详细聊聊。脑机接口是个新概念吗？这次马斯克的“神经连接公司”植入人体的设备，是下图中这款叫做 Telepathy 的设备（神经连接公司官网称之为 N1 植入体）。神经连接公司的“N1植入体”，图片截取自Neuralink官网那么，这是一项史无前例突破吗？虽然很多媒体使用了“首例人体植入”之类的词汇报道此事。但需要注意的是，这只是神经连接公司的首次人体实验，而不是脑机接口的首次实验。脑机接口这个概念则可以追溯到1973年，加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔（Jacques Vidal）首次提出了“脑机接口”（brain-computer interface，简称BCI）。而 20 世纪 70 年代，就有团队尝试了脑机接口设备的人体植入实验并成功了。而更早的时候，虽然没有脑机接口的概念，很多人却已经做了该领域的研究（见下图）。脑机接口研究历史，图片来源：参考文献所以说，马斯克本次手术成功，准确地说是在前人基础上又迈出了重要的一步。近期的两个成功案例，都做了植入，那么机接口非得往脑袋里安个零件吗？像很多科幻片里那样戴个头盔就能接入不是更方便吗？这就要讲讲脑机接口的两种类型了非侵入式脑机接口和侵入式脑机接口，下面就分别说说。非侵入式脑机接口非侵入式脑机接口听着高大上，但很多朋友说不定用过，因为在医院里我们可能会接触到脑电图检查，脑电图（EEG）就是很多非侵入式脑机接口的基础。医生们可以用脑电图来判断大脑的功能，检测疾病。而通过训练，人们也可以通过调整自己的思绪，发出某些特定的脑电波，来实现特定功能。比如 1965 年，实验音乐作曲家阿尔文·卢西尔（Alvin Lucier）就通过让人脑产生阿尔法波，来操纵打击乐器，制作乐曲。除了用来创作乐曲，非侵入式脑机接口还有更多实际用处。比如在20世纪90年代，神经生物学家尼尔斯·比尔鲍默（Niels Birbaumer）开始训练10名几乎瘫痪的癫痫患者通过脑电波来输入字符，虽然输入速度很慢，但对于几乎瘫痪的病人来说，这已经是非常了不起的了。在 2021 年，研究者们也通过基于脑电图的非侵入式脑机接口，收集中风患者脑部的电信号，对电信号进行分析之后，让机器人辅助患者进行手部运动，促进手部运动功能恢复。除了检测脑电波，非侵入式脑机接口也可以通过其他手段来判断大脑的动态，一家叫做 Kernel 的公司，就通过一个像头盔一样的红外设备检测头部的血液中某些成分的变化，从而间接推断大脑的神经活动。这个设备可以识别出一个人正在听什么歌曲，还能够帮助医生进行一些跟大脑有关的疾病筛查。非侵入式脑机接口设备的特点是，可以直接从外部检测大脑信号，不需要进行手术，实验比较方便，且风险比较低。但因为头骨、皮肤的干扰，非侵入式的脑机接口的分辨率会受到影响。如果能够直接从大脑皮层接收信号，能够获得更准确的神经信号，这需要另一种脑机接口侵入式脑机接口。侵入式脑机接口侵入式脑机接口需要进行手术，将电极植入到大脑皮层或者灰质中，从而获取更准确的信号，这次的N1植入体就属于这一类。早在 1978 年，侵入式脑机接口就已经进行了人体实验。当时，科学家威廉·多贝尔（William Dobelle）希望通过侵入式脑机接口设备帮助非先天性失明患者“重建视觉”。多贝尔在一位非先天性失明的患者视觉皮层内植入了电极设备。这个电极设备与患者眼镜上的摄像头相连接，摄像头在采集到周围环境的光信号之后，把信号发射到电极，电极刺激受试者大脑中的视觉皮层，让失明的人重新“看到光”。这也是最早的侵入式脑机接口人体实验。除了能够解决视觉问题，侵入式脑机接口在移动光标和控制假肢方面也有很多应用。比如，在 1998 年，一位患“锁定综合征”（几乎完全瘫痪，不能移动四肢）的患者植入了脑机接口设备，通过这个设备，患者能够用“意念”操纵电脑光标。而 2024 年 1 月神经连接公司的侵入式脑机接口设备，能够学习使用者的脑电波和意图之间的关系。按照马斯克的说法，这个设备能够帮助使用者操控手机电脑，以及手机电脑连接着的任何设备。当然了，侵入式脑机接口也并非没有缺点。最显而易见的就是手术风险了，而且手术后，伤口处可能会产生瘢痕组织，影响电极接收到的信号。另外，人体可能会对植入物产生排异反应，这可能会对植入者的身体产生负面影响，还可能造成感染。所以，侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口并没有绝对的谁好谁坏，要综合判断效果和风险。人的念头纷繁芜杂，想弄明白主人到底想干啥，对脑机接口来说，确实是个艰巨的任务，无论是侵入式还是非侵入式脑机接口，都需要收集大脑发出的信号，将这些信号转换成特定的意图，这个过程需要对大量的信号数据进行分析处理，而这正是人工智能技术特别是深度学习技术所擅长的。随着深度学习技术的发展，人工智能填补了混乱的脑电图数据的空白，大大降低了解码记录中的错误率。因此，随着深度学习技术的发展，脑机接口技术也突飞猛进。脑机接口将成为黑客的后门？《黑客帝国》《攻壳机动队》这样的科幻作品里，黑客高手轻易就能通过脑机接口获取别人的信息，甚至操纵被入侵者，很多人反对脑机接口也是出于这个原因。这不，马斯克关于脑机接口的消息一出，评论区立即出现了对于脑机接口安全性的担忧，比如点赞最高的是下图中这样一条消息：“当你的脑机接口芯片被黑客入侵时（你的状态）”。图片来源：消息截图（注：图片是网络上流行的一首著名洗脑神曲mv截图）除了安全性，脑机接口也可能会带来一些伦理问题，比如脑机接口领域有一个研究方向是情绪识别和情绪调控。比如脑机接口设备能够识别出一个人不愿意表露出的真实的情绪，同时可以通过电流刺激特定的脑区，从而“调节情绪”。如果我们不想被人知道自己的想法，不想在悲伤的时候被强行变得开心，这样的脑机接口设备会不会存在伦理问题？好消息是，目前来看，还远远不用担心这些问题，因为目前的脑机接口技术还远做不到科幻电影中的程度，而且脑机接口技术目前并不面向普通人，大部分脑机接口仅仅是用来帮助有障碍人士更好地生活。那未来呢？随着脑机接口技术的进一步发展，它大概终究会有进入普通人生活的一天。但我们可以借鉴2009年《自然》（Nature）论文中提到的一句话：“脑机接口确实带来了一些伦理问题，但是这些问题从来就不是新鲜的挑战。”在医学、科学领域，已经有太多类似的案例，在一项技术真正步入大众市场前后，与之相关的规范约束也会日渐完善，我们只需密切关注，不必提前恐慌。参考文献[1] Vidal J J. Toward direct brain-computer communication[J]. Annual review of Biophysics and Bioengineering, 1973, ... PC版： 手机版：

中国自研脑机接口“北脑二号”问世：已植入猕猴大脑 达世界领先水平

中国自研脑机接口“北脑二号”问世：已植入猕猴大脑 达世界领先水平 在动物实验中，在颅内植入一片牵着柔软细丝的小小薄膜，绑住双手的猴子就能仅用“意念”控制机械臂，抓住“草莓”。据介绍，与半侵入式采集脑皮层电信号的“北脑一号”系统不同，此次发布的“北脑二号”对标国际脑机接口领域最新进展。它采用侵入式采集单神经元电信号，将电极植入猕猴大脑，大幅提升信号采集与解码的精准性。“北脑二号”的高性能，归功于我国自研的3个核心组件：高通量柔性微丝电极、千通道高速神经电信号采集设备两个硬件，以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法。自主研发的1024通道柔性微丝电极生物相容性极高，具有和大脑组织接近的机械特性和极高的时空分辨率，在猕猴颅内稳定植入将近一年，可同时记录500-600个单细胞（single-unit）亚毫秒精度的数据。“北脑二号”应用的算法也是国内自研，能在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。而且通道数、信噪比、长期稳定性等主要技术指标均达到世界领先水平，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。“北脑二号”的千通道高速神经电信号采集设备 ... PC版： 手机版：

专访清华大学脑机接口科研团队负责人：中美“脑机接口”下一突破是什么？

专访清华大学脑机接口科研团队负责人：中美“脑机接口”下一突破是什么？ 中方团队脑机接口技术路径与美方有何不同？相关技术何时能得到成熟应用？清华团队相关技术负责人近日在接受《环球时报》记者采访时描绘了现实，也展望了远景。“在安全性和性能间寻求平衡”“我们的NEO技术突破并不是短时间内突然实现的，我们为此已经奋斗了十余年，走了很长的路才完成从科学想法到工程实现，最终步入临床试验的过程。”带领团队开展该项研究的清华大学医学院教授洪波近日在接受《环球时报》记者采访时表示，准确来说，其团队开展的是全球首例无线微创脑机接口试验，这与美国科研团队此前开展的打开硬脑膜全植入式的脑机接口试验不同，中方团队技术路径的关键在于微创。目前，脑机接口技术按照其是否需要侵入大脑以及侵入的程度分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类。洪波借用“屋子”来阐释这些技术路径的不同：假设人类的大脑是一间屋子，屋中坐了几十个人，每个人都相当于一个脑细胞，全侵入式方案就相当于在每个人面前都放一个麦克风，此时信号采集的效果是最好的。马斯克“神经连接”公司采用的就是这种脑机方案，在硬脑膜内放入成百上千个电极采集脑细胞信号。而非侵入式的脑机技术相当于在屋外放一个麦克风，这时信号采集相对较弱，但安全性更高。而清华团队采用的则是一种“折中”的半侵入式方案，将电极放在硬脑膜外面。“此时采集的信号介于屋内屋外两者之间，有点像把麦克风贴在门边。我们追求的是安全性和性能之间的一种平衡。”洪波称。据了解，清华大学科研团队的无线微创植入脑机接口技术，是将多个电极贴在颅骨内的硬脑膜上，这一区域虽然信号采集不如直接将电极插入脑细胞内，但它不会对脑细胞产生损伤。“一般人的颅骨厚度有6毫米到1厘米，两侧和后脑甚至更厚，这足够嵌入电极和处理芯片。手术完成后，患者很快就可以回家，无线微创脑机技术更具长久性。”洪波表示。从科学上讲，侵入式脑机接口方案采集的信号量相较采用无线微创技术要强得多，但该技术的首要风险是感染。由于这种技术需要用一根插头连接大脑和外部设备，因此会产生一个开放式的创口。此外，当电极插进脑细胞，会引发胶质细胞的免疫反应。一段时间后，胶质细胞就会包裹电极，导致信号变差、系统难以顺畅工作。创伤感染和电极结痂也是马斯克“神经连接”公司脑机方案所面临的两大难题。将拓展更多应用场景据首都医科大学北京宣武医院介绍，全球首例接受NEO植入脑内的患者是一位因车祸引起的颈椎处脊髓完全性损伤的男性，该患者此前长期处于四肢瘫痪状态。在完成NEO临床植入试验后，该患者经过3个月的居家康复训练，目前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%。洪波认为，接下来的目标是争取获得国家三类植入医疗器械许可证，团队正在准备大规模临床试验，乐观估计经过两年左右时间，无线微创植入脑机接口技术可获得上市许可，这就意味着这套脑机接口系统将成为一个成熟的产品，可以在全国得到应用。一旦成熟应用，受益的将不仅仅是高位截瘫患者，洪波介绍称，这项技术对于下肢康复患者、脊髓损伤患者，甚至渐冻症、抑郁症、癫痫、阿尔茨海默病等疾病患者都有相应的应用场景。以渐冻症患者为例，患者四肢的运动神经元几近凋亡，丧失了运动和感觉的能力，如果能将这套脑机接口连接到患者的大脑运动皮层，就可以控制电脑屏幕的光标。将来可以为渐冻症患者制造脑控的鼠标和键盘，用脑机接口技术操纵电脑打字，帮助渐冻症患者写文章并和他人交流。“包括这项技术未来是否可以用作语言解码，我们都在开展更精准的研究，团队有很多基础科学的积累，在国家自然科学基金和科技部资助下，正试图揭示人脑中如何编码汉语的语音和语言。如果再向远方展望，脑机接口技术不仅可以帮助残疾患者，更重要的是，它有可能成为未来人类进化中的重要一步。人类的行为是一种智能，富有灵活性和创造力，而机器的行为更加精准高效，又是另外一种智能，两者的融合将构建一个无限可能的未来。”洪波称。“数字永生”还有多远？除了在医学领域具有广阔应用前景外，脑机接口技术还被认为是一种具有颠覆性的前沿技术，马斯克的“神经连接”公司此前曾宣称，脑机接口技术的远景目标是连接人类意识与数字虚拟世界，甚至实现科幻电影中的数字永生。纵然互联网上对于脑机接口技术有许多想象，但洪波认为，立足现实，当下的脑机接口技术并不意味着能够用数字技术读取大脑中的信号并解读出当中的信息，脑机接口技术距实现“读脑”还有非常远的距离。北京邮电大学人工智能学院人机交互与认知工程实验室主任刘伟也持相同看法。他在接受《环球时报》记者采访时表示，目前的脑机交互技术更多集中在将人的脑电信号转化为机器可以理解的指令或动作，实现自动化的交互。这种技术可以被用于控制外部设备，如假肢、轮椅等，并在一些实验中也可用于控制电脑游戏或机器人等。“当前脑机交互更像是自动化交互，而不是智能化交互。”“大家对于科幻电影中所展现的一些前沿概念，都有着乐观的展望，但我认为实现数字永生要经历三阶段。第一阶段就是用脑机接口技术帮助残疾人以及一些特殊疾病患者，这也是我们当前所处的阶段。第二阶段是实现人脑智能和机器智能的融合交互。完成这两个阶段后，我们才有可能实现所谓的数字永生。”洪波表示，人类作为一个意识主体，形成意识的关键机制是什么，目前尚未揭示，数字永生相当于将人类大脑中所有神经细胞及其连接的信息都复制到硅基计算系统中，用高维度的数理方程来定义一个“意识”主体。即便这一畅想可以实现，但实现过程中所面临的科学问题仍然非常复杂。“我们只有充分了解人类大脑工作的各种机理，才能够在计算机人工智能和人类智能的接口之间实现更高的带宽，我们如今的带宽还不足以实现人机的智能融合。能否在近期让这样的科幻照进现实，我个人持悲观态度，如果说脑机接口技术是一本100页的书，现在可能才刚翻开第一页，只有等翻到第九十页时，我们对于意识产生机制或许才能得到一些答案。”洪波介绍称，相关问题正在一步步解决中，当中有多个技术瓶颈需要突破，首先就是要对脑科学的研究实现突破，至少要清楚地知道，究竟需要多少个电极，将电极放在大脑中的哪些地方才可以实现结合。其次需要科研团队进一步改进脑机接口系统的解码算法，“比如语言解码，如果想用脑机接口技术写文章或写小说，如何设计人类语言的解码算法，这个语言大模型的机制还不一样，这需要持续开展研究。下一步，我们可能会在后续临床试验中改进脑机接口解码技术，我们希望能在今年上半年看到试验结果。” ... PC版： 手机版：

首位脑机接口患者已完全恢复 可用意念操控鼠标

首位脑机接口患者已完全恢复 可用意念操控鼠标 此前埃隆·马斯克对植入者回复情况抱有良好的期许，目前来看，恢复情况已经十分可观，已经可以使用他们意念实现控制鼠标的目的。从其配发的视频中似乎也在暗示，该实验人员还可以通过脑机接口去操控手机。网友们看到这则信息也都十分激动，纷纷参与评论之中，称这真是一个好消息。评论区截图后续凤凰网科技将持续关注脑机接口实验的最新进展。 ... PC版： 手机版：

“脑机接口”到底是什么？它将如何改变人类生活？

“脑机接口”到底是什么？它将如何改变人类生活？ 马斯克介绍，“神经连接”公司的首款脑机接口产品名为“心灵感应”，大脑植入设备后，只需通过意念就能控制手机、电脑等，失去四肢功能的人群将是这款产品的首批使用者。去年5月，该公司获得美国食品和药物管理局批准，启动脑植入设备人体临床试验。同年9月，开始为临床试验招募志愿者。什么是“脑机接口”？脑机接口是科幻作品里常见的场景。近年来，随着脑机接口技术的不断发展，让失语者“开口说话”、通过“意念”指挥机械，频频出现在我们的视野里。马斯克在2021年发布过一只做试验的猴子。猴子通过意念操作，在电脑上打出一行字“我想吃点心”。这个行为背后就是比较传统标准的脑机接口技术在支撑。而帮助残疾人获取声音的人工耳蜗则是脑机接口迄今最成功、临床应用最普及的技术。其原理是将声音信号转化成电信号直接传输给大脑，可帮助大量失聪者重新找回声音和交流的能力。此外，电影里出现的人物如阿凡达或钢铁侠，都是通过脑机接口技术灵活操作肢体行动。虽然目前还无法实现，但它们是科学家对脑机接口技术未来实践的期待。到底什么是“脑机接口”？专家介绍，脑机接口是指将人脑与外部设备连接起来，实现人脑与外部设备之间的信息交互。简单来说，脑机接口就是让人的大脑和电脑或其他电子设备直接“对话”。通过这种技术，我们可以把大脑的想法转换成电脑可以理解的信号，或者把电脑的信号转换成大脑可以理解的指令。它可以让残疾人或者脑部疾病的患者能够恢复一定的运动能力，获得一些简单的交互能力。“脑机接口”有哪几种类型？近年来，经过国内外科研团队多年开发，脑机接口已取得不少进展，目前分为侵入式和非侵入式两大技术路径。马斯克旗下的脑机接口公司“神经连接”专注于侵入式脑机接口技术，还有一些企业则专注于挖掘非侵入式脑机接口技术的应用。专家介绍，中国和欧洲一些国家以无创脑接口为核心，美国以有创脑接口为主。从应用角度来说，有创脑接口仅限于一些医疗的必需研究；无创脑接口除了医疗应用，还可应用于教育、娱乐等各种场合。“脑机接口”可应用于哪些领域？未来，脑机接口技术有望在医疗、康复、娱乐等领域得到广泛应用。 例如，脑机接口技术可以用于帮助瘫痪患者恢复行走、说话等功能；可以用于帮助盲人、聋人感知周围环境；也可以用于开发新的娱乐方式，例如脑机接口游戏等。目前，脑机接口技术应用最广的就是帮助残疾人灵活运用假肢。接入神经信号后，假肢可以做到非常灵敏复杂的操作。如今，在广东、浙江等地，脑机接口在许多实验室里已进入实践阶段。例如，智能仿生手可以提取手臂上微弱的肌电和神经电信号，识别运动意图，做到“手随心动”；采集脑电的头罩可以收集大脑发出的电信号，转化为可视化的脑电图谱，通过波纹的浮动来判断人的注意力是否集中。“脑机接口”相关研究是否安全？尽管马斯克的脑机接口项目取得了一定进展，也确实能对很多有需要的人提供帮助，但有关“神经连接”公司相关研究安全性问题一直讨论不断，该公司也面临了有关部门的审查。去年11月，有四名美国国会议员联名致信美国证券与交易委员会，要求该机构对“神经连接”公司进行审查。他们在信中称，“神经连接”公司在猴子身上进行的实验记录显示，大脑植入设备对动物的健康产生了不利影响，出现了瘫痪、癫痫发作和脑肿胀等症状，至少有12只年轻健康的猴子在参与实验后被实施了安乐死，而马斯克淡化了投资者对其动物试验结果的担忧。其实，伴随着脑机接口技术的发展，关于脑机接口是否存在风险性、伦理问题该如何应对等的讨论也越来越多。记者从科技部获悉，国家科技伦理委员会人工智能伦理分委员会近日编制了《脑机接口研究伦理指引》，这是我国在脑机接口研究领域的首部伦理指引。指引明确，开展脑机接口研究应确保研究具有社会价值，应主要致力于修复型脑机接口技术，强调通过技术发展服务公众的健康需求。 ... PC版： 手机版：