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北脑二号填补我国高性能侵入式脑机接口空白

发布日期:2024-04-26     136 次

颅内植入一片牵着柔软细丝的小小薄膜,绑住双手的猴子就能仅用“意念”控制机械臂,抓住“草莓”。这是4月25日亮相2024中关村论坛的一幕。我国科学家自主研发的“北脑二号”,填补了国内高性能侵入式脑机接口技术的空白,并在国际上首次实现猕猴对二维运动光标的灵巧脑控。

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这是一片晶圆,上面整齐排布有两列共计数十个电极。

脑机接口,大脑与外界设备沟通交流的“信息高速公路”,是新一代人机交互与人机混合智能的前沿技术。“简言之,就是捕捉大脑电信号的微妙变化,解码大脑意图,实现‘意念’控制‘动作’,不动手也能隔空操控机器。”北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏说。

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“北脑二号”亮相2024中关村论坛

脑机接口的性能,核心在于脑电信号捕捉的清晰度、转化的精准度。前者靠电极,后者靠算法。

“北脑二号”的高性能,归功于我国自研的3个核心组件:高通量柔性微丝电极、千通道高速神经电信号采集设备两个硬件,以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法。

电极,相当于一个“传感器”。植入脑内,“读取”脑电信号,其性能决定着捕捉脑信号的数量与质量。

据相关负责人李园介绍,“北脑二号”采用的柔性材料生物相容性高、无细胞毒性,能在电极丝上做出大量触点,通道数高,信号捕捉能力强。

近距离观察,这个电极又小又薄,牵出的电极丝直径只有头发丝的十分之一到百分之一,丝上布满大量触点,需在显微镜下才能看清。这一设计能极大降低对脑组织的损害,延长捕捉脑电信号的时间。

“它的有效通道数、长期稳定性,均达国际领先水平。不同于硬质电极,柔性微丝电极植入猕猴脑内一年后,仍能精确采集到脑电信号。”李园说。

算法,相当于一个“翻译官”,把大脑意图精准解析出来。“北脑二号”应用的算法是国内自研,能在大脑皮层神经活动与运动参数之间建立精确映射。

“脑机接口比拼的是安全、稳定、有效,这是一个系统性工程。”罗敏敏说,脑机接口链路长,涉及电极、芯片、算法、软件、材料等多环节,关键技术有待进一步突破。


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