风向标！中关村论坛发布十项重大成果，高性能脑机系统“北脑二号”填补我国侵入式脑机接口空白
4月底，为期5天的2024中关村论坛年会在京举办。会上对外发布了十项重大科技成果，其中包含了人工智能、量子计算、脑机接口等多领域的最新突破，这些未来产业发展的最新趋势，也是论坛和现场展览中的焦点。
在本届论坛上，“脑机接口”成为热词，年会所举行的平行论坛“脑机接口创新发展与应用论坛”上，发布了包括创新案例、产业发展行动方案等在内的一系列内容，众多专家院士发表了对脑机接口产业的相关问题看法。
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高性能侵入式智能脑机系统"北脑二号"发布
填补国内侵入式脑机接口空白
在4月25日在中关村论坛的开幕式上发布的十大科技成果中，“北脑二号”智能脑机系统作为脑机接口领域的重要成果之一，它的发布，标志着我国在脑机接口领域的发展有了新的突破。
“北脑二号”由北京脑科学与类脑研究所整合北京地区在电极、芯片、算法和临床等跨学科优势团队自主研发，其柔性电极的有效通道数、长期稳定性等指标均达国际领先水平，在全球首次实现猕猴通过意念控制对二维运动目标的脑控拦截。
现场“北脑二号”展示出颅内植入的牵着柔软细丝的小小薄膜，绑住双手的猴子就能用“意念”控制机械臂，抓住“草莓”。
脑机接口的性能，核心在于脑电信号捕捉的清晰度、转化的精准度。前者靠电极，后者靠算法。
“北脑二号”的高性能，归功于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，电极性能参数世界领先，能有效支撑高效运动想象神经编解码的开发；以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法。
全链路系统构建，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，为更自然、更灵活的新一代神经假肢的开发等临床应用奠定了基础。
不同于硬质电极，柔性微丝电极植入猕猴脑内一年后，仍能精确采集到脑电信号；此外，基于前馈控制策略的生成式神经解码算法，能精准解析大脑意图，在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。
目前，系统已进行了约10例猴子试验，以测试不同的电极，进行不同的运动解码任务。
“北脑二号”的上一代产品“北脑一号”智能脑机系统，则于更早构建完成，聚焦半侵入式采集脑皮层电信号，目前也已进入临床研究，将在运动与语言障碍的功能替代与康复等方面，为患者带来更有效的治疗和康复方案。
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脑机接口产业创新十大案例
脑机技术产品已在多行业多场景应用落地
“脑机接口创新发展与应用论坛”上，脑机接口产业联盟发布了《2024脑机接口产业十大创新案例》，其应用场景不仅有医疗领域，也有消费、安全监控等领域的产品，全面展示出我国脑机接口核心技术、关键产品、行业应用的最新突破。
这十大案例中，医疗领域包括对脑卒中、脑创伤等中枢神经损伤导致的肢体运动障碍患者开展治疗和康复训练，通过植入式神经刺激系统治疗癫痫……
其中非侵入式脑机接口主要应用于脑疾病的早期筛查和辅助诊疗，侵入式脑机接口则主要应用于难治性脑部疾病。
消费领域及消费与医疗跨界场景则有有对大脑360认知能力与心理健康脑电测训系统、面向工业安全的智能安全帽及人员安全实时监管数字平台、监测驾驶员或作业人员疲劳状态的便携式脑机接口驾驶安全智能防控系统、高场强磁共振兼容蓝牙可感知脑起搏器、基于脑机接口的多模态可穿戴防晕车系统，辅助调节睡眠改善用户睡眠状况的助眠系统等……
这些创新案例，展示了脑机接口技术产业化能力和巨大的应用潜能，也将激发重多企业和研究机构的创新热情，推动脑机接口技术不断进步、应用场景深度拓展。
脑机接口产业联盟秘书长李文宇
不过其中大多数案例及产品为非侵入式脑机接口，相比较侵入式，目前我国在非侵入式的落地方面走在世界前沿。
究其原因，十大创新案例之一的“AiHAND Expanse BCI-人工智能多模态脑机接口平台与系统”的负责人表示，在临床阶段真正用到老百姓身上的，一定是非侵入式的快些，所以公司就在该领域里落地，同时产品也在医院临床应用。
神经系统疾病其实有很多领域，在每一个方向上脑机接口的发展前景都是巨大的，同时由于在临床做产品所需要的技术难度很大，在这一领域做好后，再应用到消费级市场会更为简单。
纵观国内外脑机接口顶尖团队，国外有Neuralink这样的脑机接口公司，国内则以高校和医院为主，包括首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队、脑机海河实验室、上海交大等。
在此次的“脑机接口创新发展与应用论坛”上，众多来自过内外顶尖团队的专家分享了自己对于脑机接口的洞见。
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神经外科学专家、中国科学院院士赵继宗
脑机发展仍需加强政、产、学、研、医的通力协作
论坛上，中国科学院院士、神经外科医学家赵继宗在《神经系统疾病脑机接口临床研究实施与管理的中国专家共识》中提到，脑机接口已经形成产业。
侵入式与非侵入式脑机接口各自的优缺点
侵入式脑机接口将芯片直接贴在大脑皮层上，接收到的信号精度高，但需要开颅。虽然现在开颅可以通过微创手术实现，创口可能只有一两厘米，但放入人体的异物会导致免疫反应，时间长了电极会被包裹导致信号失效，也有可能有感染的风险。非侵入式脑机接口的电极在可穿戴的帽子上，信号强度不如侵入式的，但不用开颅。
这两类技术都在各自克服自己的问题，不断向前发展。
为什么国内非侵入式的脑机接口产品多
这是因为侵入式脑机接口比较难，实验室可以有各方面的经费支持研究，而对于希望短期有收获的企业来说是有成本的。
目前瘫痪的患者对于侵入式脑机接口的植入有一定的接受度，他们愿意做出尝试。
未来脑机接口的应用前景
脑机接口为神经系统疾病治疗开辟新路。
脑机接口可以替代、恢复、增强、补充脑功能，为脑功能损伤患者带来希望。不过，目前脑机接口还处在临床试验阶段，许多技术和伦理问题尚待解决。
随着脑科学研究不断深入，未来脑机接口在医疗健康领域的应用前景广阔，发展仍需加强政、产、学、研、医的通力协作，进一步促进脑机接口技术发展和创新应用，让更多使用者受益。
人工智能大语言模型是否有交叉的可能
现有研究已经发现，大脑中并非某一区域单纯的负责某个功能，比如感觉和运动功能是相互穿插的，神经网络和互联网一样都有连接和节点，所以生物学科和计算机学科也在逐渐靠拢。
脑机接口何时成熟应用？意念掌控能否实现
脑机接口的应用距离成熟还有一段距离，现在都是在实验室里，有特定的场景和特定的操作人员、被实验人员。
如果想发展到‘一片退烧药谁都可以吃’的程度，还有好几步要走。比如现在脑机接口的芯片各家都在生产，但缺乏一个标准；还需要长期的，不是3到5年甚至8到10年的临床试验。
此外，脑机接口虽然现在有技术进步，但目前我们对人脑和疾病的认识本身就不足，比如使用脑机接口检测到抑郁时出现的脑电特征就刺激一下，但为什么会抑郁？机制我们还不完全清楚。
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中国工程院院士、脑机海河实验室主任顾晓松
脑机应用从太空到日常
去年3月，由天津大学牵头建设的脑机交互与人机共融海河实验室正式揭牌，是对标国家实验室建设成立的第6家海河实验室。
实验室聚焦脑机交互与人机共融领域核心技术，重点面向临床医学与神经工程、特种医学与人机工程等重大领域的工程应用，并助推天津市在脑机交互与人机共融领域的产业化进程。
如何理解“脑机接口”
脑机接口是人工智能和神经科学的集合，就是把人的思维模式用电信号采集出来，然后解码再编码，运用人工智能，实现代替人完成工作的功能。
这个过程叫脑机接口，接口连接的是大脑里的想法和机器，最终实现我们希望它实现的功能。
侵入式与非侵入式谁会成为主流
都是未来的方向，也都开发了样机，只是应用场景各有侧重。
侵入式在大脑植入电极之后，可以长期使用，也便于控制，能够获得更高的信号质量和分辨率；而非侵入式则更加方便，其设备是依靠在头皮贴上电极片来获得电信号，这些电极片都固定在电极帽上，人们只需要佩戴帽子就可以使用，主要应用于生活、游戏场景、军事国防中。
未来脑机接口的应用前景
技术已与医学、通讯、游戏、军事国防等领域紧密的结合，并产生新的应用场景。
宇航员在太空中的一些通讯，正是借由脑机接口、人工智能前沿技术实现的。
很多新的医疗设备，比如穿戴式的，神经情感功能方面的脑机接口，利用磁、电和信息，能起到很好的作用。
目前发达的国家都在脑机接口领域发力，我国在这块的研究，科研投入和科研产出目前在国际上走在前列，专利数量比同样发展强劲的美国要多。。
目前脑机接口的应用场景比较特殊，主要是针对瘫痪病人一类患者。未来要解决的是，怎么让普通人的生活中、各行各业都能应用到脑机接口技术，怎么把场景拓展运用到服务，进而带动数字产业、信息化产业。
脑机接口的未来：与大语言模型的交叉
脑机接口这几年发展很快，它结合了人工智能等多种科学，为现在的科学技术创新和高质量发展带来新的契机，因此它能解决很多以前不能解决的问题。
我们遇到一个疑难杂症，或者要设计一个很复杂的系统，未来可以通过脑机接口和人工智能很快处理，从而为人提供方便。
脑机接口何时成熟应用？意念掌控能否实现
科幻就是一种创新的思路、设想，只要能想到的，将来可能都会逐步实现。
脑机接口的发展关键是将来成本要低，这些技术出来以后老百姓要用得起，要真正服务老百姓。
如何将脑机接口设备小型化是我们需要解决的问题，植入后既要保持很强大的算力，又要保证计算的准确性。
当前脑机接口技术在快速进步，由医疗健康发展到娱乐、元宇宙等领域需要一个过程。
脑机海河实验室成立以来的发展
脑机海河实验室自从成立以来，聚焦基础研究，已经承担了多个国家重大专项，拥有无创脑机交互关键核心技术，布局了国际最大最全面的脑机交互专利池，实现了脑机交互全技术链条覆盖。
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清华大学长聘教授高小榕
脑机接口现在已经进入技术爆发期
我国脑机接口行业现状
目前我国在非植入式脑机接口已经掌握了全链条的技术，在国际上已经属于第一梯队，甚至部分领域已经领先。
未来脑机接口的应用前景
当下国内脑机接口技术在各个领域方面的应用都在持续探索中，而其进程可能会遵循医疗—健康—娱乐/元宇宙这样一种逐次发展的顺序。
人工智能大语言模型是否有交叉的可能
AI和脑机接口的互动是双向的，目前脑机接口很大一部分发展特别是算法的发展就借助于AI技术的提升，让我们能够把（脑电）信息提取出来。
同时，脑机接口也能够促进AI的发展，比如现在身份认证有很多种方式，但我认为终极的身份认证方式是脑纹认证，其他比如指纹、虹膜等容易被替代和盗取，但脑纹不容易被盗取。
脑纹技术的发展需要人工智能和脑机接口相互促进、协同工作。
脑机接口何时成熟应用？意念掌控的距离？
未来有关脑机接口的科幻场景，大家可以放开了想，未来我们会进入多智能体社会。这样的社会中，人类的大脑和外接设备之间会建立普遍的联系。
如果脑机接口速度发展很快的话，在元宇宙的场景下，戴上一个眼镜或设备，就替代了手机，未来手机可能会消失。
脑机接口发展面临的难题
脑机接口其实已经经过近50年的发展，现在已经进入了技术爆发期。
要想高速高效实现脑机接口产业的发展，芯片和电极很重要，这方面芯片仍然受到了制约。
植入式的脑机设备中的植入式柔性电极是脑机接口发展的一个需要解决的课题。脑组织是一个最软的组织，它跟芯片所用的硅在硬度上差了10的6次方。
让这两个物质在一起工作，科学家在材料科学方面也一直都在努力。
此外，脑机接口也存在一定的伦理安全问题，脑机接口的芯片植入大脑时，会对人有各种各样的影响，这不像常规的键盘鼠标，可以随时想不用就不用，所以必须在利益与风险之间找到平衡点，不能伤害大脑。
同时，要对这项技术进行严格监管，并做好脑数据隐私保护。
赵继宗和高小榕都谈到了脑机接口未来如果真正实现了技术飞跃之后可能面临的安全问题，包括未来脑机接口是否会导致其他人更容易窥探使用者的隐私，使用脑机接口后，是否会导致意识控制，从而引发一系列法律问题。
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脑机交互与人机共融海河实验室执行主任明东
长远看信号采集质量差距不是根本问题
天津大学团队在非侵入式脑机接口方面深耕多年，2016年，天宫二号和神舟十一号载人飞行过程中，两位航天员完成人类历史上首次太空脑机交互。
明东是这套实验系统的主要设计者，他带领团队与中国航天员中心合作，通过大量地基实验深入揭示了失重、噪声、情绪等对脑电的影响，实现了高识别度、高稳定性、适于空间环境的脑机接口自适应分类技术；建立了针对航天特征的实验策略和训练方法，大幅提高系统识别正确率，为有效开展外太空和地球之间的差异对比建立稳定基线。
此次测试进一步牵引了多项未来中国空间站任务的成功立项开展，从而为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供了关键科学依据与技术支撑。
怎么看侵入式与非侵入式
非侵入式脑机接口相对更加安全、便携、使用潜力更大、人群更加广泛，从长远看信号采集质量的差距不是根本性问题，能否实现全脑监测才是下一步亟待关注的重点。
过去十几年之中，非侵入式可监测的精度实现了大幅度跃升，信号质量的问题不是无法回答的问题，可以被材料技术、感知技术的进步协同推动，要冷静理性客观地看待两条路线，他们都在向着克服短板、发挥长处的方向改进，两者殊途同归，最终一定会顶峰相遇。
人工智能大语言模型是否有交叉的可能
现在，脑机接口完整的知识体系、学科体系正在建立，天津大学也最早进行了尝试。最近我们也在考虑专门做单独的脑机接口人才培养体系，这个体系的建设难度很高，因为他不是要把两条平行线进行交叉，而是要进行融合，融合时要进行远缘学科交叉后的化学反应。
从知识体系上来说，挑战非常大，因为它涉及的门类很多，我们的同学可能在脑机接口不同映射的领域中，有些偏微电子、集成电路，有些偏人工智能，也有偏医学临床应用，怎么让这些同学有一个共同的内核知识体系，同时也有自己的特色，我们正在思考。
脑机接口发展建议
在脑机产业非常热闹的当下，从业者尤其要保持冷静、理性与客观的态度，不能提前透支社会对脑机产业的信心，防止泡沫化、炒作化，共同推动这一技术健康有序发展，沉下来做好基础原创的科研突破才是关键。
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浙江大学教授、脑机智能全国重点实验室主任潘纲
脑机接口肯定要跟应用场景结合
国内首例侵入式脑机接口的临床转化研究由浙大的脑机接口研究团队进行。今年4月23日，浙大团队还公布了最新的进展：成功实现了侵入式脑机接口控制机械臂书写汉字。
在浙大方此前公布的案例中，患者面对汉字图片，使用意念控制机械臂又写出了同样的字体。
为何选择侵入式
把微电极阵列植入到患者的脑皮层内部进行信号采集，这样信号更加精确。
从产业角度来说，脑机接口肯定要跟应用场景结合起来。
如果非侵入式脑机接口采集的信号不能满足应用要求，而使用者也愿意接受有创或微创，就不妨可以尝试侵入式的。像意念汉字书写，目前还是需要侵入式脑信号。
面临的核心难题
控制机械臂书写汉字，一个核心难点是算法的解析，弄懂脑电信号到底写出来是什么？这是其中最大的突破，这一点汉字比英文字母更难。
图片主要起到提示作用，即便不放图片，患者依然可以通过在心中默想写字笔画写出汉字来。
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国家神经疾病医学中心科研转化部副主任、宣武医院神外副教授魏鹏虎
脑机接口治疗癫痫已成现实
脑机接口最早也最重要的应用场景是医疗，这是行业的共识。
目前，脑机接口在医疗领域已经有了非常多成功的案例。在美国，首位植入Neuralink大脑设备的患者已完全康复，并且只需要思考就可以操控电脑；在中国，通过脑机接口与人工智能，癫痫患者能够实现无癫痫发作的状态。
如何实现治疗
将人工智能芯片植入脑内，电极植入到癫痫的环路里，昼夜无间断地监测患者脑电节律，人工智能进行解读、预测，一旦预测到即将发生癫痫，即启动外源性干扰节律，直接阻断致痫灶内的癫痫形成。
用这种方法治疗癫痫，宣武医院已经开展了40多例，三期临床效果非常不错。
最典型的一位患者每小时发作癫痫六七次，属于完全失能性发作，植入脑机接口4个多月后，人工智能开始逐渐识别这位患者的脑电，外源性干扰节律“打”得越来越准，目前已经达到了无癫痫发作的状态。
脑机接口何时成熟应用？意念掌控的距离？
意念控制完全可以通过脑机接口实现，但前提是连接，也就是被意念控制的物体需要和脑机产生连接。
脑机接口的应用要素有三个，脑电记录、脑电解码和外挂场景。解码脑电以后，如果把外挂场景设置为微信打字、拉开窗帘、轮椅前进等，接入脑机接口的人只需要想一想我要把窗帘打开，这时窗帘就可以自动拉开，这些控制完全可以通过意念实现。
脑机接口发展面临的难题
将脑机接口设备做到体积很小、算力很强是未来发展的方向和需要解决的瓶颈。
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宣武医院院长赵国光
脑机接口医疗应用会越来越多
除了癫痫治疗，脑机接口在医疗领域中的应用将会越来越多。今年1月，全球首例半侵入式脑机接口植入人体，恢复患者行为能力临床案例在宣武医院获得成功。
去年，首都医科大学宣武医院赵国光团队与清华大学洪波团队合作，将自主研发的半侵入式无线微创脑机接口植入到了高位截瘫15年的患者杨先生体内，他也成为了无线微创植入脑机接口（NEO）的首位临床受试者。
无线微创植入脑机接口工作原理
在杨先生后脑上有一块微微鼓起的头皮，正是植入在其颅骨内部的脑机接口处理器的位置，而这两个处理器各有4个接触点，总共8个接触点，放置在支配老杨右手的大脑运动区域上。
植入颅骨下的NEO可读取大脑皮层发出的指令，比如当他想着握住杯子时，NEO就把这个指令所代表的脑电信号传递给计算机，再由计算机驱动气动手套，带动老杨的手部完成这一指令。
经过一段时间的训练，现在杨先生已经可以拿起小半瓶矿泉水自主喝水了。
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北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏
侵入式脑机接口是持久战
关于脑机接口发展，从国家到地方目前也已出台多项政策支持，脑机接口在今年被工信部等七部门列为《关于推动未来产业创新发展的实施意见》的10大标志性产品之一。
2023年，“智能脑机系统增强计划”在北京脑科学与类脑研究所启动，其中称力争在3到5年内突破侵入式脑机接口方面的关键技术。
面临的难题
脑机接口比拼的是安全、稳定、有效，这是一个系统性工程。
植入式脑机接口，就必须要考虑有效性、长期性、安全性、稳定性和便捷性等问题，更需要在尖端的硬件技术、生物相容性材料以及信号采集方式等，涉及的学科多，链路长，电极技术、芯片、算法、如何与AI交流等等都需要攻克技术难关，这些问题的解决并不是三五年内就能实现的。
本次论坛上，北京市经信局在发布《加快北京市脑机接口产业发展行动方案（2024-2030）（征求意见稿）》。“行动方案”提出一系列具有针对性的政策措施，将通过构建产业生态体系、培育形成重点应用场景和推广应用示范、搭建共性支撑服务基础和完备标准测评体系“三大工程”，推动脑机接口产业创新与技术突破。
北京计划通过三年努力，到2026年实现脑机接口核心关键技术突破、培育龙头企业、制定产业图谱和创新产品名录、推动医疗器械启动临床试验等目标。
我们同专家学者一同期待，未来脑机接口能够发展到像现在大家使用手机一样普遍，而且能够切实地解决问题的那天早日到来。