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先进计算

脑机接口将在这些行业取得突破

脑机接口作为生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿新兴技术,是培育未来产业发展的重要方向。近日,埃隆·马斯克宣布旗下脑机接口公司Neuralink已获得美国食品药品监督管理局批准,将启动首次人体临床试验。这被业内认为是脑机接口迈向商业化应用的重要里程碑。

记者日前从2023中关村论坛-脑机接口创新发展论坛上了解到,在产业界的共同努力下,我国已经形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链,并在医疗、教育、工业、娱乐等领域应用落地,将展现出强大的创新驱动力和巨大的发展潜力。

为医疗康复带来福音

医疗健康是目前脑机接口技术最直接、最主要的应用领域。

据中国科学院院士、世界神经外科联盟执委赵继宗介绍,脑机接口通过在脑与机器之间建立连接,可以替代、恢复、增强、补充脑功能,为脑功能损伤患者的康复带来福音。

据了解,Neuralink正在设计一种将大脑信号转化为行动的设备,将首先专注于两个应用:一是恢复人类视力,二是帮助无法移动肌肉的人控制智能手机等设备,甚至恢复脊髓受损者的全身功能。

记者了解到,2023年4月,北京脑科学与类脑研究中心已经启动神经界面与神经解码暨智能脑机系统增强计划。天坛医院逐步形成了脑机接口检测平台、脑机交互平台、自适应反馈脑机训练平台、脑机融合神经调控平台等研究平台。

赵继宗指出,脑机接口应用还处在临床试验阶段,未来在医疗上的应用主要在几个方向:一是对意识障碍的患者,通过脑机接口技术判断是否有清醒的可能。二是对脊髓损伤病人,在损伤节段植入电刺激器促进患者行走。三是信号采集,针对手术中处于麻醉状态的患者,通过“术中清醒”进行更精准的大脑定位。四是建立隐蔽汉语言通讯脑机接口系统,开发书写运动轨迹解码技术,用意念把中国的方块字打出来。

“从理论上讲,未来普通人也是可以使用这项技术的,包括娱乐、记忆力增强等。但我更希望的是脑机接口最先用来解决病人的痛苦,无论是意识障碍、偏瘫、截瘫、渐冻症还是阿尔茨海默症等,对他们来说这才是最重要的。未来,脑机接口的发展需要加强政产学研医的通力合作,神经外科学理当成为脑机接口临床转化研究的主力军。”赵继宗说。

为工业生产带上“安全帽”

脑机接口技术除了临床医疗,目前也在工业安全监测领域落地实现。在北京师范大学教授邬霞看来,非侵入式脑机接口技术非常适用于工业安全监测,未来也有望提升工业生产效率。

工业安全有设备安全、人员安全、生产安全三大需求。邬霞表示,从目前的技术手段来看,在保证人员安全方面主要是岗前考核、安全意识教育,所用的检测设备也只是手环等简单生理状态检测设备;在保证生产安全方面,也主要是通过定期培训、轮岗休息,或者是传感器等简单设备进行环境监测。

“当前,工业安全检测手段难以满足工业安全监测需求,我们希望能够引入一些新的技术,非侵入式脑机接口技术非常适用于工业安全监测。”邬霞说。

据介绍,基于脑机接口的工业人员安全数字化管理系统已经应用于隧道施工、矿山开采、基坑作业、电力巡线等场景,提供风险报告近400篇,发出风险预警和报警信息近2000条,成功抓取近3万条风险隐患数据。

例如隧道施工场景下,大型机械和重型物料在运输、吊装、转场过程中一旦出现和人的接触都会造成安全事故。因此,让施工人员佩戴具有脑机接口装置的安全帽,实时监控工人的脑状态,工作人员可以通过员工状态实时监控平台观察到施工人员的脉搏、血氧等生理特征,并通过分析脑电数据来判断疲劳度、专注度等。据悉,此方案已经应用在修建广州、北京和重庆等地地铁的施工隧道现场。

“展望未来,脑机接口技术除了在安全方面能够对工业界有所帮助之外,也有可能通过脑控机械、脑控汽车等方式来提升机器效率,并通过仪器操作、设备驾驶等技能训练来提升人的效率。”邬霞表示。

未来可期

从1969年开启脑机接口动物实验开始,脑机接口进入科学论证阶段。自2000年开始,多国科研高校开启脑机接口研究,以Neuralink为代表的公司推出概念产品,脑机接口技术迈入应用试验阶段。

目前,脑机接口技术尚处于发展初期,国内发展进度与国际同步。我国高度重视脑机接口技术发展,已将“脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目。

谈及未来技术发展方向,赵继宗指出,目前脑机接口的通信速率仍然较低,在大脑和机器之间建立高效的信息交互通道,是实现高性能脑机接口的关键;双向脑机接口仍待发展,“从脑到机”需要将脑信号转化成意图运动指令,“从机到脑”将与外部环境交互的设备捕获的感觉信息传递至大脑;实现脑机接口应用的过程中,对脑活动数据进行有效安全的管理并制定相关标准规范也至关重要。

从具体应用领域来看,也有诸多难点需要攻克。邬霞表示,以工业安全监测领域为例,第一个难点是要从硬件设计源头保障高精度脑电信号质量,例如可以采用全频段24位ADC脑电采集电路,实现32万倍以上的共模抑制能力。第二个难点是如何在复杂的工业场景下实现高度稳定可靠的算法输出,可以通过实时自适应脑电滤波器,并尽量采用少通道的数据来进一步提高应用算法的鲁棒性,让输出更加稳定。第三个难点是确保脑机接口系统的快速稳定运行,要解决无线信号传输问题,并打造千人实时传输分析处理系统,实现多终端、快速标准化部属,此外需要结合脑机接口、无线测距、货物类型、广播通讯等因素制定针对性安全解决方案。

脑机接口技术在教育、娱乐等领域同样具有广阔的市场应用前景。随着相关技术的日趋成熟与商业化落地应用,未来有望形成万亿级市场规模。麦肯锡预计,脑机接口相关市场规模在2030-2040年间可达700亿~2000亿美元。

责任编辑:卢梦琪


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