心隨所想。天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部的白色小樓中，墻上的大屏幕顯示著“歡迎來(lái)到醫(yī)學(xué)部，你們是今天上午第五撥參觀者。”佩戴著電極帽的志愿者靜默無(wú)聲，墻上的字是他的心聲。這段文字同樣可以發(fā)送給千里之外的接受者。

隨心所動(dòng)。在手臂上貼上幾個(gè)電極片，心里默念“出拳”，手臂不自覺(jué)地真的打出一拳。這項(xiàng)技術(shù)成為癱瘓病人的福音。

新年伊始，在天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部，一場(chǎng)“黑科技”展悄然舉行。這種“黑科技”捕捉人腦發(fā)出的腦電信息，經(jīng)過(guò)解讀、處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂茩C(jī)器的信號(hào)。這個(gè)展覽就是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能機(jī)器人”重點(diǎn)專項(xiàng)“生-機(jī)智能交互與生機(jī)電一體化機(jī)器人技術(shù)”樣機(jī)展示會(huì)。

癱瘓者的福音

5年前，當(dāng)自己的左腿在意念的控制下終于“踢”出去的時(shí)候，77歲的腦中風(fēng)患者鄭桂榮驚喜地發(fā)現(xiàn)，自己“癱”了8個(gè)月的腿，竟然又“聽(tīng)使喚”了：“心思一動(dòng)，腿就可以開(kāi)始抬起來(lái)了。”

在天津醫(yī)院康復(fù)科的治療室里，47歲的患者王楊佩戴好腦-機(jī)接口設(shè)備后，根據(jù)電腦提示，進(jìn)行手腕功能康復(fù)訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的治療，他已經(jīng)能自行進(jìn)行腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)、踝關(guān)節(jié)背曲等。

全球首款腦機(jī)接口專用芯片“腦語(yǔ)者”研發(fā)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者、天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院院長(zhǎng)明東介紹：“大腦是宇宙中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，不但有極為復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還有千變?nèi)f化的動(dòng)態(tài)信息。每說(shuō)一句話，大腦里都可能有上億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞在不斷發(fā)放電脈沖。一臺(tái)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電腦正在將大腦的信號(hào)接收下來(lái)、解讀出來(lái)。利用腦-機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)的醫(yī)療康復(fù)，正在改變?nèi)藗兊纳睢?rdquo;

2014年天津大學(xué)研制成功首臺(tái)適用于全肢體中風(fēng)康復(fù)的人工神經(jīng)機(jī)器人系統(tǒng)——“神工一號(hào)”。融合了運(yùn)動(dòng)想象腦-機(jī)接口技術(shù)和物理訓(xùn)練康復(fù)療法，該系統(tǒng)在中風(fēng)患者體外，仿生構(gòu)筑了一條人工神經(jīng)通路，經(jīng)過(guò)模擬解碼患者的運(yùn)動(dòng)康復(fù)意念信息，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)多級(jí)神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)動(dòng)作。隨著“神工二號(hào)”“神工三號(hào)”相繼研發(fā)成功，目前，“神工”已經(jīng)在天津、山東多地三甲醫(yī)院進(jìn)行臨床試驗(yàn)，為數(shù)千名患者帶來(lái)新的治療手段。

意念的交流

2016年，天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)載人飛行中，兩位航天員完成了一項(xiàng)頗具科幻色彩的前瞻性實(shí)驗(yàn)：人類歷史上首次太空腦—機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了靜默的交流。這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制正是由明東團(tuán)隊(duì)與中國(guó)航天員中心合作完成。

這是國(guó)際上首次在軌進(jìn)行腦-機(jī)交互技術(shù)空間適應(yīng)性測(cè)試。該系統(tǒng)通過(guò)大量地基實(shí)驗(yàn)深入揭示失重、噪聲、情緒等對(duì)腦電影響，實(shí)現(xiàn)了高識(shí)別度、高穩(wěn)定性、適于空間環(huán)境的腦-機(jī)接口自適應(yīng)分類技術(shù);建立了針對(duì)航天特征的實(shí)驗(yàn)策略和訓(xùn)練方法，大幅提高系統(tǒng)識(shí)別正確率，為有效開(kāi)展天地差異對(duì)比建立穩(wěn)定基線。人機(jī)融合將是未來(lái)航天醫(yī)學(xué)與人因工程發(fā)展的必然趨勢(shì)，腦-機(jī)接口為航天員等特殊人群提供肢體約束環(huán)境下的“第三只手”和神經(jīng)功能層面融合的自適應(yīng)自動(dòng)化人機(jī)協(xié)作，幫助他們完成更多更復(fù)雜的工作任務(wù)。該系統(tǒng)的建立和成功測(cè)試將為未來(lái)深入開(kāi)展先進(jìn)交互技術(shù)在軌適應(yīng)性研究和技術(shù)應(yīng)用起到重要推動(dòng)作用，為我國(guó)載人航天工程的新一代醫(yī)學(xué)與人因保障系統(tǒng)提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

明東介紹：“上天設(shè)備既要照顧到荷載限制，又要在太空全部完成主動(dòng)式、被動(dòng)式、反應(yīng)式3種主流范式的任務(wù)，系統(tǒng)要求重量小、性能高、更集約。”考慮把功能更強(qiáng)大的腦-機(jī)編解碼集成芯片作為研究方向。

世界各國(guó)都加大了對(duì)腦-機(jī)接口技術(shù)的研究，從軍事航天到生活?yuàn)蕵?lè)，腦-機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。腦科學(xué)時(shí)代正在走來(lái)。

把未來(lái)抓在自己手中

腦-機(jī)接口一直被列為美國(guó)最優(yōu)先支持發(fā)展的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)之一，也是美國(guó)商務(wù)部14項(xiàng)出口管制技術(shù)之一。

“目前在我國(guó)的腦—機(jī)接口技術(shù)研究中，在腦電采集和數(shù)據(jù)處理兩大核心環(huán)節(jié)上，我們還都依賴于進(jìn)口腦電采集前端芯片和高性能處理器。”明東表示，“受腦電采集方式、計(jì)算設(shè)備等限制，當(dāng)前腦-機(jī)接口技術(shù)在解碼可靠性、使用便捷性等方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。開(kāi)發(fā)一款自主可控的腦-機(jī)接口專用芯片迫在眉睫。”

2019年5月，在第三屆世界智能大會(huì)上全球首款腦機(jī)接口專用芯片“腦語(yǔ)者”在第三屆世界智能大會(huì)正式發(fā)布。由天津大學(xué)和中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的腦語(yǔ)者，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

“精解碼、高指令、快通信、強(qiáng)交互，這是‘腦語(yǔ)者’的四大優(yōu)勢(shì)。”據(jù)明東介紹，“該芯片可以識(shí)別出頭皮腦電中極微弱的神經(jīng)信息，高效計(jì)算解碼用戶操作指令，極大提升大腦與機(jī)器之間的通信效率，拓展功能充分滿足日常交流需求，讓腦-機(jī)交互設(shè)備真正成為使用者的‘第三只手’。”

“將來(lái)，‘腦語(yǔ)者’有望為腦-機(jī)交互技術(shù)走向民用化、便攜化、可穿戴化及簡(jiǎn)單易用化開(kāi)辟道路。那樣就可以使患者能夠在社區(qū)和家庭完成康復(fù)治療。”明東說(shuō)，“而在該款芯片民用化的問(wèn)題上，研究人員已經(jīng)進(jìn)行了一些思考和嘗試。”

中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)數(shù)據(jù)科學(xué)家、中電云腦科技有限公司總經(jīng)理程龍龍也表示，“腦語(yǔ)者”系列芯片有望實(shí)現(xiàn)我國(guó)腦-機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)自主可控，引領(lǐng)我國(guó)腦科學(xué)和類腦智能研究變道超車。未來(lái)該芯片系列還將不斷“進(jìn)化”，為新一代腦機(jī)智能發(fā)展提供技術(shù)支撐。