尽管我国脑机接口技术起步较晚,相较于国际水平存在 5-10 年的滞后,且当前全球科技领先国家正加紧在脑机接口领域构建技术封锁,限制对外出口。以美国为例,2018 年商务部出台《出口管制改革法案》禁止包括脑机接口在内的 14 项技术对华出口、2021 年商务部发布《关于对某些脑机接口新兴技术实施出口管制的征求意见》对脑机接口出口管制细则征询意见。
然而,得益于各大科研院校及企业的不懈努力,我国脑机接口行业正疾步追赶。近十年间,中国在脑机接口领域的专利申请数量及核心期刊论文数量均呈现显著增长态势。
“产学研医”紧密协作的生态体系推进跨界融合的协同创新。近年来,国内脑机接口主要研究机构实现产学研协同,如清华大学与解放军总医院、浙江大学与浙江大学附属第二医院等紧密协作在细分领域技术和应用上实现突破。
但脑机接口行业仍亟需进一步密切产学研医联系,形成科研机构、高校、企业、社会的全方位投入格局。科研机构应专注基础理论和关键技术突破,携手高校培养人才,并与企业紧密协作促进研发成果落地;高校需强化理论研究和人才培养的职责,借助与企业的紧密合作实现科研成果的转化,同时激励教师积极投身产业一线;企业则需深度融入产学研合作链条,引领技术创新及产业化步伐,为学术研究提供实践平台,支持学术机构的相关研究;临床试验和数据积累有赖于各方与医疗机构的紧密合作,才能为脑机接口产品审批和临床推广打下坚实基础。
中国信通院于 2023 年 2 月牵头成立脑机接口产业联盟,通过搭建平台、凝聚业界创新力量、推进标准化工作进程、增进业界交流,显著推动了国内脑机接口行业的协同发展,促进了技术创新和应用落地。
中国脑机接口主要研究机构及代表性研究成果
清华大学医学院洪波教授团队:非侵入式, 2022 年 7 月,洪波课题组和解放军总医院功能神经外科合作,通过手术前的功能磁共振影像精准定位目标脑区,使用了 3 个颅内电极,实现了微创植入脑机接口打字,每分钟速度达到 12 个字符,每个电极的等效信息传输率达到 20 比特/分钟。相比之下,2021年美国斯坦福大学脑机接口团队基于运动脑区的神经信号实现了手写字符高速识别,使用了 192 个微针硅电极,每个电极的等效信息传输率约为 2 比特/分钟。
2023 年 10 月,洪波教授团队在宣武医院成功完成首例无线微创植入脑机接口 NEO 临床植入试验,系统采用了近场无线供电和通信技术,植入颅骨的体内机无需电池,患者可以终生使用。经过三个月的居家脑机接口康复训练,患者可以通过脑电活动驱动气动手套,实现自主喝水等脑控功能,抓握解码准确率超过 90%;患者脊髓损伤的 ASIA 临床评分和感觉诱发电位响应均有显著改善。
清华大学电子工程系张沕淋教授团队:侵入式。长期致力于面向生物医学的低噪声低功耗电路设计与系统集成方法学研究。针对脑科学前沿研究对无线小型化神经接口的强烈需求,提出了适用于神经信号频段的高精准、低功耗神经接口专用电路设计方法、可植入闭环神经接口系统设计方法等神经接口系统设计关键问题解决方法。
清华大学航天航空学院李路明教授团队:侵入式。研制成功了国内第一个治疗帕金森病的植入式脑深部刺激器--脑起搏器,使我国成为继美国之后,全球第二个能够设计生产制造脑起搏器并将其应用于临床的国家。发明碳纳米植入电极、脑起搏器软件重植等技术,建立了与脑起搏器相关的神经调控技术自主知识产权体系。
清华大学医学院 BCI 实验室高小榕教授团队:非侵入式。提出并实现了一种基于 SSVEP 的非侵入式 BCI 技术。该技术通过解码大脑初级视觉皮层的振荡频率来确定用户正在注视的刺激物,并将其转换为相应的指令输出。
华南理工大学自动化科学与工程学院李远清教授团队:非侵入。式取得了在基于脑机接口的植物人意识检测方面的显著科研成果。已经成功建立了脑机接口研发平台,并开发了多个脑机接口系统,如脑控轮椅、脑控护理床、脑控电视和脑控电灯等。
上海交通大学计算机科学与工程系吕宝粮教授团队:非侵入式 。成果在脑电与情感识别,以及疲劳驾驶方面表现突出。
天津大学医学工程与转化医学研究院明东教授团队:非侵入式。开展了以神经系统认知与调控为研究主线的工作,重点聚焦于脑-机交互在特种医学、人机工程、物理医学和康复工程等领域的应用。在这些领域,研究涉及神经工效感知交互、人工神经康复机器人、新型脑-机接口和定量脑电信息标定等领域,探索了神经系统认知与调控的新方法和新技术。
天津大学医学工程与转化医学研究院许敏鹏教授团队:-天津大学、中电云脑、燧世智能等单位联合开发我国首个脑机接口综合性开源软件平台MetaBCI,规范了脑机接口数据结构与预处理流程,开发了通用的解码算法框架,利用双进程和双线程提高在线系统的实时效率,能够实现对用户大脑意图的诱发、获取、分析和转换等全流程处理。
华东理工大学信息科学与工程学院金晶教授团队:非侵入式。研究基于脑机接口技术的脑卒中病人的新型康复技术、肌萎缩侧索硬化病人的辅助技术设计、模式识别与机器学习在生物信号识别中的应用。
北京理工大学机械与车辆学院毕路拯教授团队:非侵入式。 利用运动想象的脑机接口控制车辆。
上海大学机电工程与自动化学院杨帮华教授团队:非侵入式。主要的研究方向是在医疗康复领域中,应用运动想象脑机接口解码技术、虚拟现实技术以及将 BCI 和 VR 技术相结合的方法。研究涉及多个方面,其中包括脑卒中患者的康复训练系统等。
华中科技大学自动化学院脑机接口与机器学习实验室伍冬睿教授团队:非侵入式。 智能医疗与情感计算的脑机接口
西安交通大学徐光华教授团队:非侵入式。重点研究中风患者的康复,着重探究脑机主被动协同康复机理以及脑控中风康复机器人。
昆明理工大学伏云发教授团队:非侵入式。研究重点在于探究脑信息处理、脑-机交互控制和通信方面的理论、方法、模型及其创新应用。致力于发展脑功能神经成像技术、计算脑网络连通性、设计脑-计算机接口并推动其创新应用。
中国科学院自动化研究所余山研究员团队:侵入式。高生物兼容性电极材料、高性能脑机接口芯片、微创植入技术、高鲁棒性编解码算法等方面的研究。
浙江大学脑机接口研究所郑筱祥教授团队:侵入式。2020 年,该团队与浙江大学附属第二医院共同合作完成国内首例侵入式脑机接口(BCI)临床转化研究
中国科学院神经科学研究所崔翯研究员团队:侵入式。研究主要关注于神经科学基础的运动控制、脑机接口技术和解码方法。目标是为设计类脑智能机器人和为运动障碍患者提供假肢和康复方案提供支持。
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