“北腦二號”填補(bǔ)我國高性能侵入式腦機(jī)接口空白
顱內(nèi)植入一片牽著柔軟細(xì)絲的小小薄膜，綁住雙手的猴子就能僅用“意念”控制機(jī)械臂，抓住“草莓”。這是4月25日亮相2024中關(guān)村論壇的一幕。我國科學(xué)家自主研發(fā)的“北腦二號”，填補(bǔ)了國內(nèi)高性能侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的空白，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)獼猴對二維運(yùn)動光標(biāo)的靈巧腦控。
這是一片晶圓，上面整齊排布有兩列共計(jì)數(shù)十個(gè)電極。新華社記者張漫子 攝
腦機(jī)接口，大腦與外界設(shè)備溝通交流的“信息高速公路”，是新一代人機(jī)交互與人機(jī)混合智能的前沿技術(shù)?！昂喲灾?，就是捕捉大腦電信號的微妙變化，解碼大腦意圖，實(shí)現(xiàn)‘意念’控制‘動作’，不動手也能隔空操控機(jī)器?！北本┠X科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏說。
“北腦二號”亮相2024中關(guān)村論壇。（受訪者供圖）
腦機(jī)接口的性能，核心在于腦電信號捕捉的清晰度、轉(zhuǎn)化的精準(zhǔn)度。前者靠電極，后者靠算法。
“北腦二號”的高性能，歸功于我國自研的3個(gè)核心組件：高通量柔性微絲電極、千通道高速神經(jīng)電信號采集設(shè)備兩個(gè)硬件，以及基于前饋控制策略的生成式神經(jīng)解碼算法。
電極，相當(dāng)于一個(gè)“傳感器”。植入腦內(nèi)，“讀取”腦電信號，其性能決定著捕捉腦信號的數(shù)量與質(zhì)量。
北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李園介紹，“北腦二號”采用的柔性材料生物相容性高、無細(xì)胞毒性，能在電極絲上做出大量觸點(diǎn)，通道數(shù)高，信號捕捉能力強(qiáng)。
近距離觀察，這個(gè)電極又小又薄，牽出的電極絲直徑只有頭發(fā)絲的十分之一到百分之一，絲上布滿大量觸點(diǎn)，需在顯微鏡下才能看清。這一設(shè)計(jì)能極大降低對腦組織的損害，延長捕捉腦電信號的時(shí)間。
“它的有效通道數(shù)、長期穩(wěn)定性，均達(dá)國際領(lǐng)先水平。不同于硬質(zhì)電極，柔性微絲電極植入獼猴腦內(nèi)一年后，仍能精確采集到腦電信號?！崩顖@說。
算法，相當(dāng)于一個(gè)“翻譯官”，把大腦意圖精準(zhǔn)解析出來。“北腦二號”應(yīng)用的算法是國內(nèi)自研，能在大腦皮層神經(jīng)活動與運(yùn)動參數(shù)之間建立精確映射。
“腦機(jī)接口比拼的是安全、穩(wěn)定、有效，這是一個(gè)系統(tǒng)性工程。”羅敏敏說，腦機(jī)接口鏈路長，涉及電極、芯片、算法、軟件、材料等多環(huán)節(jié)，關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破。
