上海首创:汉语“意念对话”成真,“脑控”生活走向现实
发布时间:2025-01-02 06:32 浏览量:2
“心想事成”是人们最常说的一句新年祝福,对很多神经损伤病人来说,却可能是终身难以企及的事。如今,上海首创的一种植入式柔性脑机接口将可能帮助他们实现心愿——运用意念即可通过平板电脑刷微信、逛淘宝,还能操控智能轮椅和智能家居打理生活日常。
记者从上海脑虎科技有限公司获悉,针对因大脑损伤引发的运动和语言障碍修复等重大临床需求,其全自主研发的256通道植入式柔性脑机接口,在植入病人颅内后,通过训练,两周即可实现“意念对话”和“脑控”智能设备。
新年到来之际,一位受试者“脑控”机械臂的灵巧手,送出“2025新年快乐”的手语祝福。
国际首次,脑电设备真正“读懂”汉语
“我们在世界上首次实现了汉语实时编解码。”脑虎科技创始人、首席科学家陶虎说,包括马斯克的神经连接公司(Neuralink)在内的国外脑机接口公司所开发的系统多是针对英语体系,无法理解汉语的“意念指令”。
作为世界上最难学的语言之一,汉语拥有400多个音节、4个声调,且涉及图形理解,对这类语言的大脑信号实现编解码,比英语类的字母语言难度更高,需要联动多个脑区。因此,脑机接口只有覆盖到所有相关脑区、采集到足够数据,才能“读懂”脑电中的汉语信息。
256通道植入式柔性脑机接口“我们开发的植入式柔性脑机接口,皮层电极厚度只有20微米,可以很好贴附在硬脑膜下部,从不同脑区读取大量脑电数据。”陶虎介绍,由于涉及脑区较多,出于减少对大脑皮层损伤的考虑,这次他们没有采用插入大脑皮层的蚕丝蛋白柔性电极。
2024年12月,复旦大学附属华山医院神经外科吴劲松教授团队为一位语言区占位的肿瘤癫痫患者小陈(化名)实施手术,她也是国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语言临床试验的受试者。
实时汉语解码脑机接口植入手术照片得益于脑虎科技与华山医院联合开发的定位算法,手术只花了几分钟,就准确定位病灶、植入电极,并成功保护了患者语言相关的重要脑功能区。术后两天,恢复良好的小陈就开始接受相关训练,术后七天即可实现142个常用汉语音节下71%的解码准确率,且单字解码时延小于100毫秒。
通常,汉语表达的语速约在每分钟100至150字。要通过意念实现与外界的流畅对话,就得达到实时解码的水准。脑虎科技自主研发的脑机接口系统实时解码速度可达40字/分钟——这是目前国内实时汉语言解码的最高水平。
精准解码大脑信号,意念合成运动
高通量、高质量、高分辨、跨脑区,是脑虎科技此次发布技术的四大亮点。
脑虎团队采用了先进的微纳加工工艺,大幅提升脑机接口电极数量,实现数据采集量的指数级上升,较之行业平均水平高出几十倍。为此,他们对自主研发的芯片算力和算法也进行了优化改进,使之能与数据处理需求相匹配。
高质量的脑电信号,也是在临床上重塑运动和语言能力的关键一环。此次,脑虎团队选取的是与大脑复杂认知功能和神经活动同步有关的高频段脑电信号。它能提供大脑活动的详细信息,尤其是运动和感知信息,有助于更加精准地解码大脑意图,实现意念合成运动。
2024年8月,脑虎科技联合华山医院神经外科毛颖、陈亮教授团队,顺利完成了意念合成运动临床试验。受试者为21岁运动区占位的癫痫患者。术后仅两天,受试者就实现了“脑控”玩乒乓球和贪吃蛇游戏。接受训练两周后,他即可通过脑虎科技自主开发的脑机操作系统XessOS,熟练使用微信、邮箱、淘宝、小红书、今日头条等常用App,还能“脑控”智能家居和智能轮椅。
受试者通过意念实时操控XessOS系统,控制智能家居和智能轮椅。脑虎科技算法总监杨勤荣介绍,在这项试验中,脑机接口系统连续时间解码的整体系统延迟小于60毫秒,“得益于高通量、高质量脑电信号,加上我们自主开发的通道筛选算法,该设备能快速精准确定响应脑区,进行实时高效精准解码,可满足运动障碍患者日常生活所需的基本行动能力”。
打造“脑控”平台,2025年将推无线版
从脑电中实时、精准地解码出汉语信号,为打造未来适用于汉语人群的“脑控”平台,奠下了一块重要基石。
“人的大脑是一台无比优秀的超级计算机,只不过受到四肢躯体的局限,无法发挥出更大潜能。”在陶虎看来,面向未来的脑机接口不仅要为病患解除失能的痛苦,也将助力健康人实现更好的自我。
当看到小陈通过意念合成语言指令,操控灵巧手比出“2025新年快乐”的手语祝福,陶虎抑制不住内心的激动,“从目前进展来看,脑机接口技术已展现出其在重塑运动和语言能力上的巨大潜能”。
例如,实时汉语解码技术使受试者不仅能用意念实时合成汉语、驱动数字分身、对话AI大模型,还能将人的脑电信号解码成语言后进一步转化成指令,实时操控机械臂、灵巧手,实现人机交互。
植入脑机接口后,受试者小陈(化名)通过实时汉语言解码对着屏幕“说”出:“我喜欢上海。”目前,植入脑机接口的受试者还需戴着头套、拖着“辫子”——这是电源线和数据线,用来连接脑机接口和数据处理设备。陶虎表示,2025年推出的下一代设备将去掉“辫子”,用无线方式实现数据传输和充电。
“这次临床试验属于一个月左右的短期在体试验,主要用于技术验证。2025年我们将继续与华山医院合作,逐步开展长期在体的临床试验。”陶虎透露,公司计划用三年完成三类医疗器械的临床多中心注册。
陶虎认为,脑机接口作为一个典型的多学科、多产业交叉的高科技领域,需要多方资源汇入,推动其不断向前。据悉,该项目先后受到国家和上海多个部门及专项的支持,包括国家自然科学基金委、上海市科委、上海市经信委,以及上海市战略性新兴产业发展专项,上海市脑机接口重点实验室、中国神经科学学会脑机接口与交互分会、上海市未来产业脑机接口专委会、天桥脑科学研究院等机构也一直给予支持。
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