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人类大脑由大约860亿个神经元构成，这些神经元之间通过海量的“突触”结构相互联系，形成一个巨大的脑回路系统。我们的行为控制、意识出现，记忆存储与检索、情绪发泄等等都是由这个神秘系统产生。像帕金森、阿尔茨海默症等很多神经性疾病也与我们大脑息息相关。 那大脑为什么会出现意识？我们为什么会产生记忆？如何有效治疗帕金森、阿尔兹海默等神经性疾病？这一切的脑科学谜题还在探索中。可以说脑科学问题是人类最大的未知领域之一，是我们解密人类自身的“终极疆域”。 # 如何解密这一“终极疆域”？ 脑机接口技术就是解密大脑谜题的主要手段之一。在脑机接口领域，国内外科学家们都在加速探索研究中。由于欧美起步早，美国多次出台相关管制政策，包括限制脑机接口技术出口我国，影响了我国脑科学研究发展。 武汉衷华脑机融合科技发展有限公司(简称“衷华脑机”)首席科学家黄立表示，“作为中国科技工作者，有责任有义务为脑科学做点事！”4年前，他与研发团队攻关脑机接口系统，而近日，他们的成果也在科技成果评价会上取得了重大突破。
8月25日，由赵继宗院士、李培根院士等11位业内顶尖专家组成的鉴定组，对衷华脑机独立自主研发的“植入式脑机接口系统”进行了科技成果评价。经专家组认定，该系统不仅创新性突出、应用前景广，而且具有完全自主知识产权。专家组一致认定，该系统整体技术水平在脑机接口领域达到国际领先水平。 # 什么是植入式脑机接口？ 根据所采集的电生理信号的来源不同，脑机接口技术路线可分为非植入式和植入式两条技术路线。非植入式脑机接口采用无创采集技术在头皮表面或附近采集大脑响应信号。常用技术手段包括脑电图(electroencephalography,EEG)、功能近红外光谱(Functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)、脑磁图( magnetoencephalography，MEG)、功能核磁共振成像(FunctionalMagnetic Resonance Imaging，fMRI)。非植入式脑机接口安全无创，但受限于在脑外采集信号的强度与噪声干扰，目前可实现的脑机交互性能有限。 而植入式脑机接口是有创方式，是指对深入到颅骨以下的组织进行信号采集和记录。常见技术手段包括皮层脑电图(Electrocorticogram,ECoG)、单个神经元的动作电位(Spike) 和局部场电位(local fieldpotential,LFP)。也有技术以介入为手段，以创伤性较小的方式将电极送入颅内血管来采集脑电信号。植入式脑机接口记录的信号时空分辨率高、信息量大，能够对复杂任务进行实时、精确控制。 当前，国外采用植入式脑机接口技术路线较为知名公司包括马斯克创办的Neuralink公司等。在国内，武汉衷华脑机则逐步成为这一领域的领跑者。 # 多项技术指标达到国际领先水平 据悉，衷华脑机研发的这款植入式脑机接口系统拿下多项国际领先技术——拥有国际领先的6.5万级通道电极、全球首创神经信号就地处理技术、国际领先的一站式植入式脑机接口系统，此外，该系统还配置了全球领先超低功耗双向测量调控芯片。
目前，就脑机接口芯片而言，由马斯克的Neuralink公司研制的脑机接口芯片N1采用的是单芯片256通道，同时采用常规芯片封装，只能通过引线进行连接；而衷华脑机研发的这款植入式脑机接口系统的神经测量调控芯片所采用的是单芯片2048通道，还支持双向神经信号测量调控的技术，不仅可以读取大脑信号，还可以向大脑发送信号。举个例子，未来四肢瘫痪患者植入了该脑机接口系统后，可以读取大脑的神经活动来控制机械手，与此同时，机械手上的传感器能将机械力等通过皮层内微模拟传回到大脑感觉皮层，让患者拥有触觉感觉，就像是真的手臂一样。 针对电极探针技术。马斯克Neuralink公司研发的植入机器人部署3072通道植入次数为48次，而衷华脑机通过MEMS电极键合CMOS电路技术实现的微针可组装成微针阵列，其最大通道数为65536个，是Neuralink公司的20倍。该款植入式脑机接口系统以这种超高密度“微针”阵列方式只需植入一次即可，大大提高了植入效率。该款植入式脑机接口系统采用了MEMS电极键合CMOS电路一体化微针，可实现神经信号的就地采集，在技术性能上具备诸多优势，处于世界顶尖水平。 据悉，衷华脑机已研制出百余种的微针，从单柄、多柄微针到数万个通道的阵列型微针。这些微针既可以用于人脑，也可以用于脊椎、眼球、四肢或腹腔内各个脏器。首席科学家黄立表示，衷华脑机希望能够借助研发的全自动手术机器人为植入类手术提供一整套高精度、全自动化解决方案。
# 搭建神经桥梁 事实上，除了上面介绍的微针产品外，衷华脑机公司还研发了多款通信模块（包括有线通信模块和无线通信模块）。这些通信模块实现了通过有线通信或无线通信的方式进行数据与指令的传输。 同时，公司还开发了海量神经数据处理平台。该平台集成了多种神经信号处理算法与人工智能算法，通过这些算法，可以实现对脑电信号高效、实时和精准的采集与解析。另外，该神经数据处理平台实现了多种神经元的刺激控制模式，可搭配数据库对海量神经数据进行存取。 据悉，衷华脑机形成了一套包含植入式微针、超高速数据传输系统、海量数据处理平台以及植入设备的一站式植入式脑机接口系统。这一整套高精度、全自动化解决方案为脑科学研究与神经疾病诊疗提供了科学的手段和方法。 目前，中国有大量截瘫、抑郁症、渐冻症、痴呆症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症、脊椎损伤、意识障碍等病人等待治疗，而基于脑机接口的技术方案或将为这些患者带来了福音。 赵继宗院士在采访中表示：“如果脑机接口在临床上成功应用，将是人类医学史的里程碑事件。”
# 国家级战略部署意义重大 当前全球多个国家加快脑科学领域布局，以占据新一轮科技竞争制高点。欧洲、美国和日本等先后启动了“蓝脑计划”、“BRAIN计划”等研究项目。而我国也于2016年中国“十三五”规划纲要将“脑科学与类脑研究”确定为我国重大科技创新项目，由此正式启动了中国脑计划项目，之后，更是在2021年3月“十四五”规划中明确指出:人工智能和脑科学为国家战略科技力量，脑机接口技术被列为关键技术之一。科技部也在发布的《科技部关于发布科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南的通知》中，指出了59个研究领域和方向，拨款经费预计超过31.48亿元人民币。 而脑机接口技术作为脑科学领域的关键技术之一，近年来也受到政策重点关注，《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出加快研发基于机器人、智能视觉与语音交互、脑机接口、人机交互与智能控制技术的新型护理康复装备。尤其是植入式脑机接口技术，其对神经疾病的诊断、预警和治疗具有重要意义，快速发展植入式脑机接口技术能够助推脑科学和类脑智能发展，对人民生命健康质量提升具有重大意义。 未来，衷华脑机公司将继续聚焦脑机接口技术及脑科学研究最前沿，将脑机接口作为未来产业发展的重要突破。为此，衷华脑机将实施“云脑”计划——在北京、武汉、成都、上海、广州建立5个实验室，加快推动脑机接口技术成果转化，加速推动我国脑机接口技术和产业跻身国际领先行列！ 作者：邹思 审核：陈嘉颜 仅用于学术分享，若侵权请留言，即时删侵！ 更多阅读 脑机接口公司Precision Neuroscience完成了B轮4100万美元 加入社群 欢迎加入脑机接口社区交流群， 探讨脑机接口领域话题，实时跟踪脑机接口前沿。 加微信群： |
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