人类大脑，数百亿个神经元彼此相连，复杂且精密，与宇宙一样，大脑也是人类至今仍无法征服的未知世界，因为重量只有1000多克，大约3磅，人类大脑被科学家们形象地称为“三磅宇宙”。如今，正在快速发展的脑机接口技术为人类了解自己的大脑打开了一扇小小的窗口，透过这扇窗，巨大的潜力已经展现在我们眼前。
探索“三磅宇宙”的未来科技
在科幻电影中，我们经常看到这样的场景——残疾人用机械臂自如地弹唱，人类依靠“意念”指挥着庞大的机械……而现实中，不断发展的“脑机接口”技术正在将这些科幻想象变成现实。
北京脑科学与类脑研究中心联合主任罗敏敏：我们人的思维，包括动作的控制和对外界识别，归根到底都是脑子里头的神经细胞的电信号所决定的。
专家介绍，脑机接口是指通过在人脑神经与电子或者机械设备间建立直接连接通路，来实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。
典型的脑机接口系统一般分为四部分，即脑电信号的采集，脑电信号的分析，依据脑电信号控制实施的行为，以及外界的反馈。其中的关键核心技术包括采集脑电信号的电极、神经接口芯片、信号解码等一系列前沿科技。
北京脑科学与类脑研究中心联合主任罗敏敏：我们人的神经细胞发放一个电信号，它是毫秒级别，所以如何快速记录这些电信号，而且记录不是一个两个，是记录上千上万个通道才可以得到足够信息解码出一定的信息，怎么控制能耗，怎么做出无限的信号的传递，怎么做出实时解码，既是工程学上的挑战，也是一个科学的挑战。
专家介绍，在我国，高校是脑机接口研究的主力。1999年，清华大学科研团队开发的脑机接口，就实现了控制光标移动。2016年，在天宫二号和神舟十一号载人飞行中，天津大学科研团队与中国航天员中心合作完成了人类首次太空脑-机交互实验。2018年，清华大学脑机接口团队为渐冻症患者设计的中文输入视觉脑机接口系统成功实现了用意念打字。2020年，浙江大学完成了国内第一例植入式脑机接口临床研究。如今，在康复医疗、癫痫治疗、心理疾病诊断治疗等方面都有大量的科研成果。
频频上新已到走出实验室的关键时期
“脑机接口”作为人类面向未来的创新科技，按照信号采集方式不同，主要包括有创和无创两种技术路线。我国高校对每一种技术路线都有探索，随着实验室成果的不断积累，我国脑机接口科研已经进入了走出实验室、迈向市场的关键时期。
在天津市环湖医院，由天津大学神经工程团队开发的穿戴式脑控外肢体手指机器人系统临床研究已经开展了半年多，这个系统又被称为“灵犀指”。参与临床研究的乔先生是一名因急性脑卒中左手失去了抓握能力的患者，这是他首次试用“灵犀指”。
“灵犀指”是天津大学研发的一种无创脑机接口康复系统，只要戴上脑电帽就可以通过读取脑电信息来操控机器手指。目前的研究数据已经证实，这一系统能够大大加速患者的康复进度。
在天津大学无创脑机接口取得进展的同时，清华大学的微创脑机接口也正在积极推进。在清华大学医学楼的神经工程实验室，因车祸而高位截瘫多年的小白正通过自己的意念操控着电动轮椅。
记者：精确度还挺高的，怎么做到的？
小白：专注想象动作。
记者：它反应灵敏吗？
小白：非常灵敏。
去年12月，小白在北京天坛医院接受了无线微创脑机接口植入手术，小白植入的脑机接口虽然需要进行颅脑手术，但电极并不进入大脑皮层和脑组织，因此被称为半侵入式的脑机接口。
清华大学医学院教授洪波：这个脑机接口有效性都得到了证明。最重要的是他现在可以用自己的思维、脑信号来控制自己的计算机，他能够脑控轮椅，所以这个证明脑机接口的信号控制已经成功了。
洪波教授告诉记者，另外一例临床试验患者老杨也是高位截瘫，如今已能够熟练地使用脑控外骨骼手套，原先完全失去功能的手还恢复了部分抓握功能，这些都证明了脑机接口的有效性。接下来他们团队将根据有关部门批准，进一步扩大医学临床试验规模，争取早日将这一成果转化为产品造福患者。
新突破首个片上脑机接口智能交互系统
科学家们对“脑机接口”的探索远不止于此，甚至比电影的情节更加科幻。在天津大学医学院的一个实验室，李晓红教授向记者展示了他们团队和南方科技大学团队的最新科研成果——全球首个片上脑机接口智能交互系统。在这个系统中，“大脑”竟然是人工培养出来的。
片上脑机接口智能交互系统简称“片上脑机”，专家介绍，“片上脑机”顾名思义上就是在电极芯片上培养出来的“类脑组织”，是脑机接口领域的一个重要新兴分支。
天津大学医学院教授李晓红：通常脑机接口用的是人或者是动物真实的大脑，但是片上脑机接口，它用的是体外培养的“大脑”，就如同我们这个模型里面在细胞培养皿上面培养的这样一个类器官，是采用生物技术和干细胞技术培养的，这就是我们和经典的脑机接口不一样的地方。
在科研团队展示的实验中，记者看到，浸泡在营养液中的人工脑组织仅半粒小米大小，研究员通过超声波给它下达指令后，它控制的小车开始慢慢移动，并能自主避开遇到的障碍。
天津大学医学院教授李晓红：它是可以通过去控制左轮和右轮的一些速度，它的一些方向，它的一些角速度来达到一些避障的效果，就是我们第一个完成的一个任务；第二个是我们还可以实现跟踪；第三个是可以实现抓取。
李晓红教授告诉记者，他们的片上脑机接口智能交互系统是全球首个开源的片上脑机系统，未来植入机器人中，机器人有望无需依赖人工智能算法等，就可以辅助人类完成特定任务。这一目标与人工智能相似，但路径截然不同。
天津大学医学院教授李晓红：跟我们的人类大脑一样，它是有学习记忆基础的，所以我们可以对它进行训练，就像小孩子一样，刚生出来的话，它其实什么也不会，那可是我教它就会了，我教到它什么程度它就能会到什么程度。
相较于需要大量算力的人工智能模型，“类脑组织”还具有轻能耗等优势，科学家们认为，未来片上脑机接口将对混合智能、类脑计算等前沿科技的发展起到革命性的推动作用。
天津大学医学院教授李晓红：我们现在人工智能在某一些方面确实很厉害，但是人工智能它其实是需要一个很高的功耗，它需要大量的数据级去训练它，需要一个很长的时间，它可能要学习几千遍它才能学会。但是我们体外培养的脑，尤其是人源的这样一个培养的脑，它可能几分钟就学会了，这个可能是我们的人工智能是没有办法比的，它的前景是无限的。
推动科技成果转化加速形成新质生产力
脑机接口的技术成熟度不断提升，已成为主要大国培育经济发展新动能，打造竞争新优势的未来产业。在我国，“中国脑计划”已经启动，“脑科学与类脑研究”已被写入国家规划纲要，脑机接口更是被明确为未来产业十大标志性产品。目前，脑机接口的产业链还处于初期发展阶段，如何推动脑机接口科技成果转化，加速形成新质生产力，一些探索已经开始。
今年5月，国内首个面向脑机接口产业发展的专项基金——脑机海河实验室基金正式发布，旨在建立创新投资模式，撬动社会资本支持脑机全产业链发展。
天津大学医学院副主任倪广健介绍，脑机接口作为新兴技术，实现产业化落地面临诸多问题，比如相关政策法规的尚不健全、医疗器械证如何申请等。另外，高校也存在科研机制、经费使用等方面的限制。
针对这些问题，由天津市政府主导，天津大学等10多家单位牵头建设的脑机交互与人机共融海河实验室去年3月正式挂牌。
孟琳是天津大学神经工程团队的骨干科学家，脑机交互与人机共融海河实验室成立之初，她就带着自己主持研发的脑控外骨骼混合助行机器人项目加入进来。在这里，她得到了资金、医疗器械申请注册、临床研究等多个方面的支持。
天津大学医学院主任助理孟琳：针对我们医疗的产品的医疗器械注册证的申请，还有我们的装备的检测都有优先处理的一个政策，加速我们相关产品的落地应用，期望今年年底我们能先拿到一个二类的注册证。
据介绍，在天津市委市政府支持下，海河实验室打通了科研创新、科技成果转化、产业创新的接口，同时在科技成果处置权、使用权、收益权等方面赋予科研人员自主权。在天津大学神经工程团队自主研发的20多个“神工”系列脑机接口医疗器械产品中，已有多个拿到了国家医疗器械注册证。
天津大学医学院副主任脑机海河实验室副主任倪广健：二十届三中全会再一次强调了教育科技人才三链融合发展，高校的优势就是一定要将三链牢牢地结合起来，一定要从国家的需求、国家的重大任务入手，把我们要落地的这些场景一定要抓得实，做真正有用有大用的脑机接口，服务我们的国家重要需求。
（总台央视记者潘虹旭代钦夫）
