脑语者:脑科学时代即将到来

心是它想要的。在天津大学医学部的白色建筑里，墙上的大屏幕上写着“欢迎来到医学部，你是今天早上的第五批参观者”戴着电极帽的志愿者沉默不语，墙上的字是他的心。这一段也可以发送给几千英里以外的收件人。

做你想做的。在手臂上贴几个电极垫，在心里默念“出拳”，手臂就会在不知不觉中出拳。这项技术已经成为瘫痪病人的福音。

新年伊始，天津大学医学部悄悄举办了一场“黑色科技”展览。这种“黑色技术”从人脑中获取脑电图信息，经过解释和处理后，转换成信号来控制机器。本次展览是国家重点研发计划“智能机器人”的重点项目“生物机械智能交互与生物机电机器人技术”的原型展览。

瘫痪者的福音

五年前，当77岁的中风患者郑的左腿终于在精神控制下被“踢”出来时，他惊喜地发现自己的腿已经“瘫”了8个月，又“听他的指挥”了：“当他的精神活动时，他的腿就可以开始抬起来了。”

在天津医院康复科治疗室，47岁的患者汪洋戴上脑-机接口设备后，根据电脑提示进行腕部功能康复训练。经过3个多月的治疗，他已经能够旋转他的腕关节和弯曲他的踝关节。

“大脑是宇宙中最复杂的系统之一，具有极其复杂的神经网络结构和不断变化的动态信息，”世界上第一个脑-机接口专用芯片“脑语者”的研究小组组长、天津大学医学工程与转化医学研究所所长明东说。随着每一句话的说出，大脑中数亿个神经细胞可能会不断发出电脉冲。一台高速计算机正在接收和解释来自大脑的信号。使用脑-机接口技术的医疗康复正在改变人们的生活。"

2014年，天津大学成功开发出首个适合全肢体脑卒中康复的人工神经机器人系统——“沈工-1”。该系统结合运动想象脑机接口技术和体能训练康复治疗，仿生构建中风患者体外的人工神经通路，模拟并解码患者的运动康复心理信息，然后驱动多级神经肌肉电刺激技术产生相应的动作。随着“沈工二号”和“沈工三号”的相继成功开发，“沈工”目前已在津、鲁多家三甲医院进行了临床试验，为成千上万的患者带来了新的治疗方法。

意念的交流

2016年，在天宫二号和神舟十一号载人飞行期间，两名宇航员完成了一项前瞻性科幻实验：人类历史上第一次空间脑机互动，实现了无声交流。该实验系统的开发由明东团队与中国航天员中心合作完成。

这是世界上首次对脑-机交互技术在轨道上的空间适应性进行测试。通过大量地面实验，该系统深入揭示了失重、噪音、情绪等影响。实现了一种识别度高、稳定性高、适合空间环境的脑-机接口自适应分类技术。建立了空间特征的实验策略和训练方法，大大提高了系统的识别精度，为有效比较天地差异建立了稳定的基线。人机一体化将是未来航天医学和人因工程发展的必然趋势。脑机接口为宇航员和其他特殊群体提供了自适应的自动人机合作，在肢体约束环境下集成了“三只手”和神经功能，帮助他们完成越来越复杂的工作任务。该系统的建立和成功测试将对推进先进交互技术的在轨适应性研究和技术应用起到重要作用

明东说：“空间设备不仅要考虑载荷极限，还要完成空间三种主流范式的任务：主动、被动和被动。该系统要求重量轻、性能高且更加密集。”考虑将更强大的脑机编解码器集成芯片作为研究方向。

世界各国都加大了对脑机接口技术的研究。从军事航天到生活娱乐，脑机接口技术有着广阔的应用前景。脑科学的时代即将到来。

把未来抓在自己手中

脑机接口一直被列为美国支持的最具颠覆性的创新技术之一，也是美国商务部的14项出口控制技术之一。

“目前，我国在脑-机接口技术的研究中，在脑电信号采集和数据处理两个核心环节，也依赖进口的脑电信号采集前端芯片和高性能处理器。”明东说，“由于脑电信号采集方法和计算设备的限制，目前的脑-机接口技术在解码可靠性和易用性方面仍面临巨大挑战。开发一种自主可控的脑机接口专用芯片迫在眉睫

2019年5月，世界上第一个用于脑-机接口的特殊芯片——脑语声器在第三届世界情报大会上正式发布。天津大学和中国电子信息产业集团联合开发的健脑音箱拥有完全自主的知识产权。

"精细的解码、高质量的指导、快速的交流和强有力的互动是健脑者的四大优势."据明东介绍，“该芯片能够识别头皮脑电图中极其微弱的神经信息，高效地计算和解码用户的操作指令，大大提高大脑与机器之间的通信效率，扩展功能，充分满足日常通信的需要，使脑机交互设备真正成为用户的‘第三只手’。”

“在未来，‘大脑扬声器’有望为脑-机交互技术开辟道路，使其变得民用、便携、可穿戴且易于使用。这将使患者能够在社区和家中完成康复治疗。”明东说，“在芯片商业化的问题上，研究人员已经做了一些思考和尝试。”

中国电子信息产业集团数据科学家、中电云脑科技有限公司总经理程龙龙也表示，“脑语声”系列芯片有望实现中国脑机接口关键技术的自主控制，引领中国脑科学和类脑智能研究实现换道超车。未来，芯片系列将继续“进化”，为新一代脑机的智能化发展提供技术支持。(刘茜、陈建强、赵辉)