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科普:不断进步的脑机接口技术

来源: 学习网
2023-11-09 23:17:10

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  新华社北京5月6日电 南开大学日前宣布全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功,这不仅标志着中国脑机接口技术跻身国际领先行列,也有助推动脑科学领域研究。什么是脑机接口技术?这一领域的研究进展到什么程度?未来脑机接口技术还可能给人类带来怎样的改变?

  大脑被许多研究人员视为人体最复杂器官。大脑中,1000多亿个神经元形成100多万亿个神经元连接,这让“读懂”大脑成为世界性难题。脑机接口技术就是一种在脑与外部设备之间建立通信和控制通道,用脑的生物电信号直接操控外部设备,或以外部刺激调控脑的活动,从而增强、改善和延伸大脑功能的技术。据南开大学介绍,脑机接口技术可以将脑电信号转换为控制指令,从而帮助运动功能障碍患者,如脑卒中、渐冻症等患者,与外部设备交互,提升生活质量。

  目前脑机接口主要有三种,包括侵入式脑机接口、非侵入式脑机接口和介入式脑机接口。其中介入式脑机接口是通过微创介入方式,将血管穿刺小口,通过类似心脏支架介入的微创手术实现脑机连接。这种方式的创伤较侵入式脑机接口更小,信号质量较非侵入式脑机接口更高。中国此次试验就是采取介入式脑机接口的方式。南开大学发布的信息显示,研究团队让介入式脑电传感器通过猴颈静脉,进入矢状窦,到达猴运动皮层脑区。在术后团队成功采集并识别到非人灵长类动物介入式脑电信号,实现了动物对机械臂的主动控制。

  2019年,美国硅谷企业家埃隆·马斯克创建的脑机交互技术公司“神经连接”(neuralink)公布其脑机接口新技术两项重要创新:一是更好的传输介质,即一种比头发丝还细的柔软聚合物“线”,其上布满微小电极和传感器;二是更安全的植入技术,即一台神经外科机器人每分钟自动将6根线(含192个电极)植入大脑并避开血管等组织,减轻大脑炎症反应。据英国《每日电讯报》网站2021年2月的报道,“神经连接”公司把一块微芯片植入了猴子的大脑,这样它就能靠自己的意念玩电子游戏。这家公司称,自己的目标是最终治疗大脑疾病,甚至允许人类与人工智能融合。“神经连接”创始人之一弗利普·萨贝斯此前说:“对神经科学家来说,往脑内植入设备来读取和写入信息不是难以想象的事情。”

  从当前的发展来看,脑机接口技术突破,首先可能给医疗行业带来助益。侵入式脑机接口技术在医疗领域已有一定程度的应用,如用深脑刺激来缓解帕金森症状、用早期实验性芯片来恢复视觉、植入人工耳蜗恢复听力等。

  近年来,美国匹兹堡大学、加州理工学院等多个研究团队已成功通过侵入式脑机接口,让瘫痪病人用大脑直接控制机械手完成抓握、搅拌动作,将脑电波直接转化成文字和语音等。

  在中国,除了南开大学公布的这次试验,浙江大学团队已在2020年开展了相关的临床研究。据浙江大学介绍,借助脑机接口技术,当时一名四肢完全瘫痪的72岁男性可以完全利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手,完成进食、握手等动作。

  虽然取得进展,但脑机接口技术本身仍有不少障碍要克服,这包括破解复杂脑电波的障碍、多学科联动的技术障碍等。此外,脑机接口技术的未来应用也涉及法律、伦理和监管问题。西班牙、美国、法国、阿根廷等都已开始研究这一问题,一些国家已推进有针对性的相关立法。

  一些专家已建议,在对脑机接口技术的管控上,发展初期可参照国际通行做法按医疗器械方法管理,同时禁止将脑机交互数据联网传输,禁止远距离程控,最大化防止黑客入侵,预防潜在风险。

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