加速技术产业融合创新,1亿种子基金寻找工业互联网之星

尽管中国脑机接口技术起步晚,但是进入21世纪后,其发展可以用日新月异来形容。

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编者按:本文章来源于微信号硅谷洞察, ID:guigudiyixian,由创业邦授权复制。

德裔美国神经学家Eberhard Fetz早于1969年就培养猴子用思考活动来引发神经元并开动与神经元相连的仪表盘来完成首次真正意义上的脑机接口实验。

1978年生物学家威廉·多贝尔(William Dobelle)把68根电极组成的阵列移植到一个男性盲人杰里(Jerry)的视觉皮层中,后来盲人能从有限视野中观察到灰度调制点阵图像。

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1978年在盲人视觉皮层中植入68根电极可使盲人观察到灰度调制点阵图像

20世纪后期至本世纪初,脑机接口技术又迎来了又一发展热潮。

它的发明者,就是法国科学院院士米格尔尼科莱利斯。

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应用脑机接口技术的高位截瘫患者在2014巴西世界杯上完成主力进球

看了这篇文章,你似乎发现无论是脑机接口最初的设想还是后来科技的进步,都很少有中国科学家留下的脚印。

在对中国脑机接口技术进行介绍前,首先对脑机接口技术分类进行了简要认识。

脑机接口形式,根据其在脑内收集部位不同,可以分为非侵入式,也叫非植入式,半侵入式,侵入式也叫植入式。侵入式方法是指直接从头皮进入,通过在脑内建立一个通道来完成对整个脑进行扫描,包括:在脑的任何部位形成一个通道,如:在脑内部形成一个通道,如脑硬膜结构或蛛网膜等,以及在脑与大脑皮层之间形成一个通道。每种方式都有其独特的特点:1.各自的工作原理不同。2.所需传感器类型各异。3.信号传输与处理技术各有差异。4.检测结果不一致。非侵入式模式只在头皮上发挥作用,半侵入式模式在头皮与大脑皮层间植入装置,侵入式模式在大脑皮层内充分植入装置。

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非侵入式只在头皮上发挥作用,侵入式在大脑皮层上是完全移植的

所以我们可以轻易地知道侵入式的危险性是很大的,这是因为传感器须经开颅手术或其他方法植入脑组织中,易诱发人体的免疫反应。然而这种潜在的危险并不是不可控制的。脑损伤后的修复是一个复杂而漫长的过程。在这个过程中可能需要多种细胞参与,包括神经干细胞和星形胶质细胞。

而非侵入式则是直接植入到人体中,不需要对患者的大脑和头骨做任何处理,只需简单地将其与帽子连接即可,具有很高的易用性和便携性。

侵入式由于少受颅骨遮挡,更易于准确读出信号。而非侵入式,由于颅骨遮挡,需花费大量精力才能读出并传播信号。所以,这两者各有各的困难,有很多企业正在学习。

浙江大学的科学家们已经开发出了可以通过侵入式接口实现精准控制的机械手臂。

当我们啧啧称奇国外脑机接口技术的同时,我们别忘了中国脑机接口技术同样正在蓬勃地发展。2018年4月16日,上海交通大学医学院附属瑞金医院成功研制出具有自主知识产权的“植入型”脑机接口,并将其用于治疗脑部疾病。

而对高位截瘫病人来说,能应用脑机接口技术达到局部独立也属罕见。

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病人脑袋上的是侵入式脑机接口。这种装置有助于全瘫痪病人达到局部自理能力

事实上,浙大研究小组早于2012年就对猴子脑内脑机接口做了测试。2013年5月10日,中科院上海技术物理研究所和浙江杭州灵峰生物科技股份有限公司联合宣布,他们研发出世界上首个能够模仿人类动作而实现人与设备之间交互功能的仿生脑芯片。在这个过程中,科学家们将猴子的手指放置到一个微电极阵列上,然后利用计算机模拟了猴子的这四种手势之间传递的神经信号。

众所周知,猴子大脑与人类大脑相比有很大不同:它不仅具有复杂的解码和编码等功能,而且其运算方式更灵活,效率更高;这意味着:我们已经进入了一个全新时代——机器学习时代;而人工智能时代即将到来。机器学习是以计算为核心的一种新技术。它可以将数据中隐含的规律挖掘出来。加之人类大脑受到环境的影响较大,使得计算机对信号进行处理的复杂性大大增加。

而年初在张老师身上做的试验,则是在大脑运动皮层内直接植入微电极阵列,属植入式手术,能探测单个神经元细胞的放电情况,所以得到的信号更直接和更稳定。

上海交通大学的研究团队开发了基于非侵入式接口的外骨骼康复新方法。

孵化单位上海交通大学念通智能,旨在为脑卒中患者,截肢患者及其他肢体功能障碍使用者提供康复产品及技术方案。经过多年发展,目前已成为国内领先的专业智残医疗服务机构之一。念通智残科技有限公司(以下简称“念通则”)是一家专注于神经肌肉疾病相关领域研究的创新型高科技企业。念通智能开发的“eCon-Hand脑控外骨骼康复系统”于2019年6月份正式投入临床测试。这个体系由脑电帽和外骨骼康复手组成。

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2019年世界机器人大会在京举行,念通智能带着其脑控外骨骼康复系统正式亮相

(照片来自商家)

脑电帽是专为带动中风病人运动功能所设计,所收集之脑电波信号以病人运动体感区为主,进而带动病人上肢活动。由于脑卒中是一种严重影响人类健康和生活质量的疾病,所以对其治疗效果一直很不理想。在此情况下,人们开始寻求其他方式来改善这一状况。

脑电帽是外骨骼康复手的重要组成部分,也是对患者进行康复训练必不可少的工具之一。当患者有了一定的自主意识或运动想法后,脑电帽就会发出“意念”指令;当脑电帽通过接收到的信号检测到病人的运动意图后,由病人手掌穿戴的康复器协助病人完成指关节运动以达到脑手联动的目的。

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在脑磁图上绘制出病人运动意图的信号图示

依赖康复治疗师的病人康复治疗属于被动治疗,基于脑机接口技术的康复治疗则属于主动治疗模式。它通过使用计算机模拟人在自然状态下大脑活动规律,使之与实际情况相符来实现康复训练。

中国将成为世界上最早掌握脑机交互技术的国家之一,有望在21世纪初实现这一梦想。特别是近20年来,随着人工智能时代的到来以及移动互联网技术的不断发展,使得人们对人机交互方式产生了更大的兴趣。因此,越来越多的人投入到相关领域中去。当前中国各大学对脑机交互技术的研究与开发热情很高,浙江大学,天津大学,南方科技大学,上海交通大学和西安交通大学都取得了成绩;;从国际上看,新加坡科学技术研究局,美国斯坦福大学,韩国首尔大学和日本丰田汽车都是比较活跃的研究与开发机构。

但从整体上看,我国在脑机接口技术领域的研究仍处于较低水平,未来还有很大的发展空间。

以2016年度数据为例,据ThomsonInnovation(美国专利数据库)显示,中国脑机接口领域专利数量为207项,而美国只有60项、韩国36项、日本20项。这说明我国脑机交互技术还处于起步阶段,与国外相比还有一定差距。但是随着相关研究的深入和应用范围的扩大,该领域的专利申请量将会逐年增加。从整体趋势来看。而且美国脑机接口技术所涉范围更加多元,人工智能,生物工程和材料科学都有所涉足。

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TOP5最引人瞩目的脑机接口企业均来自北美和欧洲,即硅谷洞察制图

脑机接口的初步构想是在军事领域的运用:战士们用自己的大脑来直接操控武器甚至遥控战斗机与无人机之间的战斗。后来逐渐发现,它还具有很高的商业价值。现在越来越多的人已经把脑与计算机联系起来了。脑机接口技术有望成为一种全新的人机交互方式。实现真正意义上的人机互动。如今,”脑机接口”已经进入了民用范围。

所以,要让脑机接口能够真正进入到我们日常生活当中来,这条道路还有很长的距离。

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