腦後接入線纜,就能夠暢遊計算機的虛擬世界;學習知識不用花費時間,可直接傳輸到大腦中。這是1999年上映的經典科幻片《黑客帝國》描繪的畫面。這並非是天馬行空的幻想,而是基於 「腦機介面」技術的合理想像。
只在電影中出現的畫面,正加速從科幻走進現實。
戴上腦電採集帽,靠「意念」就能控制設備完成行走、抬腿等動作;將注意力放在眼睛盯著的字元上,就能實現「意念打字」表達思想……腦機介面技術正在掀起一場新的產業變革。
腦機介面技術難點有哪些?應用場景如何?產業發展需在哪些方面突破?記者走訪了腦機介面企業、高校和科研機構。
齊魯工業大學主動式腦機介面下肢康復訓練系統。
讓失能者「行走」,讓失語者「發聲」
看著屏幕上的運動圖像,想像自己要做的某個動作,頭上戴的腦電採集器就能將腦電信號進行採集解碼,從而轉換成可操控外骨骼的命令,實現外骨骼帶動下肢運動。這是山東省中醫院康復科里,腦卒中患者進行下肢康復訓練的場景。
這一康復訓練系統的研發技術負責人、齊魯工業大學(山東省科學院)光電科學與技術學部博士生導師徐舫舟介紹,以前腦卒中患者的康復訓練大都是通過治療師幫助,訓練時間長、工作量大,患者主動參與較少。而基於這一運動想像的腦機介面系統,可以實現患者自主訓練,康復效果更好。該系統已完成多中心200例患者臨床測試、干預和評價驗證。
腦機介面的應用場景,十分廣泛。在濟南高新區,山東中科先進技術有限公司的研發團隊,向記者展示了「意念打字」。只見測試人員注視著虛擬鍵盤中不同頻率閃爍的字元,腦電採集器將腦電信號採集解碼後,後台屏幕上就能生成對應的文字。
「不同頻率的視覺刺激會在大腦中產生相應頻率的腦電波動,這些腦電信號被檢測解碼後,可實現對應字元的輸出,呈現出他想說的話。」公司腦機介面研究中心執行主任彭福來介紹,該技術已實現平均打字速度每分鐘20個字元,準確率高達94.4%,可幫助失語的漸凍症患者,實現自主表達。
「腦機介面,顧名思義就是在人的大腦和外部設備之間搭建起一條傳遞信息的『高速公路』,不用手和嘴就可以控制外部設備,真正實現『意念控制』。」山東中科先進技術有限公司總經理李衛民介紹,公司腦機介面產品已經成功應用在齊魯醫院、哈爾濱工業大學等20多家臨床和科研機構。
廣闊的應用前景正推動著越來越多的科研工作者,投身腦機介面。
在青島西海岸新區,元思科技的研發團隊正在研製腦電圖機。團隊首席科學家王文愷說,通過對腦電波的解碼分析,不僅能發現大腦的想法意圖,同時腦電波中也蘊含著一些疾病的信號。「比如通過腦電分析,可以對癲癇病人做出診斷,包括癲癇發作的預測檢測以及對症治療,還有其它的一些神經領域的診斷。」王文愷說,他希望將來腦電圖檢測,能夠像心電圖檢測一樣成為體檢的普通項目。
山東中科先進技術有限公司推出的「意念打字」。
大眾消費領域的腦機介面產品為何偏少?
儘管腦機介面技術的應用場景很多,但記者在省內走訪中發現,腦機介面技術的應用多集中在醫療康養領域。全國的情況基本相同,根據前瞻產業研究院發布的《2025年腦機介面產業藍皮書》,全國腦機介面下游應用解決方案企業中,醫療領域佔比達56%。
相比於嚴肅醫療,大眾消費領域的腦機介面產品為何偏少?
——與技術發展階段有關。「人類大腦有約860億個神經元和超過100萬億個突觸,腦電信號極其微弱,通常在幾十微伏,不僅容易受到外部干擾,空間解析度低,而且個體差異顯著。」深耕腦機介面技術研究15載的徐舫舟認為,腦機介面技術的難點集中在腦電信號採集、解碼、系統穩定性以及倫理安全等方面,這需要科研人員繼續加大基礎研究,推出更加普適、更能滿足大眾消費,對安全、穩定等高要求的產品。
——與科研生產成本有關。「腦機介面屬於前沿技術,當前雖在醫學、航天、教育以及生活領域有應用,但其研發投入高,生產成本也高。」齊魯工業大學(山東省科學院)光電科學與技術學部副主任、教授冷建材,以腦電採集設備為例介紹道,一套全腦腦電採集設備要幾十萬元,這對普通消費者來講並不是個小數目。
儘管如此,但在冷建材看來,隨著新技術新材料的研發深入以及產業化的推進,腦機介面的技術產品有望逐步下探,拓展到大眾消費領域。比如對駕駛員進行疲勞監測、心理健康評估和治療、監測運動員的大腦活動優化訓練計劃,以及兒童的注意力訓練,睡眠質量監測等,都是腦機介面技術的大眾消費場景。
實際上,腦機介面已經開始作為常規康復項目服務大眾患者。今年3月,國家醫保局發布《神經系統醫療服務價格項目立項指南》,其中專門為腦機介面新技術單獨立項,設立了非侵入式腦機介面適配費、侵入式腦機介面植入費、取出費等價格項目。湖北、浙江等地醫保局相繼發布當地腦機介面醫療服務價格。
元思科技推出小於100克的腦電採集設備
三年《行動計劃》助技術落地應用
賽迪顧問今年2月發布的《中國腦機介面產業發展現狀及趨勢》顯示,2024年我國腦機介面市場規模達32億元,增長率為18.8%。預計到2027年,我國腦機介面市場規模達到55.8億元,增長率為20%。
山東在發展該產業方面基礎如何?
王文愷認為,山東有產業基礎優勢。「優勢就在於產業集群,各行各業比較豐富,尤其是工業製造業,這也是我們落地在青島的重要原因。」在王文愷看來,產業豐富就意味著潛在的應用場景多,有利於腦機介面產業發展。
發展腦機介面產業,還需要更多突破。冷建材認為,山東應多培育能夠起引領作用的龍頭企業,加大高端人才的招引,同時需要更多風險投資和耐心資本助力相關科研成果的轉化。
今年5月,《山東省腦機介面產業科技創新行動計劃(2025-2027年)》出台。《行動計劃》部署實施基礎前沿研究策源、關鍵共性技術突破、創新平台領航、產業鏈企業集聚、場景融合應用創設、產業生態助推等六大行動16項具體任務,推進腦機介面產業科技創新。
根據《行動計劃》,到2027年,山東將在腦機介面領域突破20項左右基礎前沿和關鍵核心技術,培育30家左右自主創新能力強的科技型中小企業,引育2-3個高水平人才團隊,依託科教資源富集區域打造1-2個專業化孵化園區,推動腦機介面創新技術和產品在醫療、工業、康養、教育、娛樂等領域的落地應用。
當「意識」能夠轉化為可傳輸、可解讀的「數字信號」,腦機介面在掀起生產力變革的同時,也帶來倫理和數據安全等問題。
採訪中,受訪專家們還建議,在開展技術突破的同時,也應制定相關的倫理和法律規範,確保腦機介面產業的健康發展。
(大眾新聞記者 修從濤 劉玉凡 張錫坤)