“北脑一号”智能脑机系统。(葛丽君/摄)
近年来,人工智能、神经科学、计算电子等技术的突破性进展,正推动脑机接口这一革命性的人机交互技术迈向新的高度,使其成为引领新一轮科技革命和产业变革的关键驱动力。
作为国际科技创新发展的热点领域,脑机接口技术在神经系统疾病治疗、患者康复和生活质量改善等方面展现出巨大应用潜力,对推动人类健康事业发展具有重要意义。
加强顶层设计
面向世界科技前沿与国家战略需求,北京市在脑机接口等领域前瞻部局重大专项。据北京市发展和改革委员会相关负责人介绍,北京支持重点企业、研发机构、高校院所开展产学研协同创新攻关,在脑机接口等领域承担并实施一批国家科研任务,突破多项关键核心技术。
“北京脑科学与类脑研究所的成立旨在服务国家需求,突破关键核心技术。”北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏表示,该所是北京市对接“国家科技创新2030重大项目——脑科学与类脑研究”和建设国家实验室的重要举措。
该所成立于2018年3月,北京市政府与中国科学院、北京大学、清华大学、北京师范大学、中国医学科学院、中国中医科学院等7家单位签署共建协议,采用“1+3”模式,联合首都医科大学附属北京天坛医院、首都医科大学宣武医院、首都医科大学三博脑科医院等三家临床机构共同建设“脑科学与脑机接口”北京市重点实验室。
“脑机接口是典型的跨学科复杂集成系统。”北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园表示,北京市在临床资源、人才储备、监管体系等方面具有显著优势。“我们依托北京丰富的临床资源,已与三家高水平医院建立合作关系,这些医院具备开展相关手术的资质和能力。北京市完整的产业链条为脑机接口技术研发提供了有力支撑。”
北京市充分发挥跨学科科研与临床资源优势,启动“智能脑机系统增强计划”,由北京脑科学与类脑研究所牵头,于2023年3月成立北京芯智达神经技术有限公司,聚焦高通量全植入脑机接口这一国际前沿领域,以工程化方式快速推进研发。
“脑所主要开展基础科学研究,芯智达则致力于将成熟技术转化为市场产品,重点解决工程化问题。”李园告诉记者。2025年1月,北京市发布《加快北京市脑机接口创新发展行动方案(2025-2030年)》,依托市医药健康统筹联席会,全面支持脑机接口等新兴产业发展。
加速成果转化
“我们致力于打造集脑科学基础研究、创新合作、成果转化于一体的科研创新基地。”罗敏敏表示。
从技术研发到产品落地再到临床应用,脑机接口技术的突破是科学家、企业和医疗机构协同创新的成果。科研团队负责柔性电极研发、解码算法开发等基础研究,企业开展产品测试和技术迭代,医疗机构筛选适配患者并负责临床方案的设计实施,最终实现产品的安全植入和临床应用。
目前,芯智达成功推出“北脑一号”和“北脑二号”两套智能脑机系统,均达到世界领先水平。
“北脑一号”是全球首套实现百通道以上、高通量、无线全植入、准实用化的半侵入式脑机系统。针对重大脑疾病和脑损伤导致的运动、言语功能障碍,搭建肢体瘫痪主动式康复训练和言语障碍患者辅助沟通交流等多种脑机接口临床应用场景。经过一年多的研发攻关,目前已进入临床验证阶段。
2025年年初以来,“北脑一号”联合北京大学第一医院、首都医科大学宣武医院以及首都医科大学附属北京天坛医院开展临床验证,已完成5例患者植入手术,为脊髓损伤、脑卒中、渐冻症患者开展运动、言语功能的替代和康复治疗。临床数据显示,言语障碍患者术后实现近百个中文词汇解码输出,脊髓损伤高位截瘫患者成功实现隔空操控机械臂和电脑光标控制,并初步显现康复效果。
李园介绍,除了电极性能外,该系统还实现了三项核心技术突破:一是研制出高集成度微型主机,实现大通量、低功耗信号处理;二是新一代无线短距通信技术,完成低功耗、高带宽数据传输;三是研发出高实时性、高准确性、多场景编解码算法。
“北脑二号”是侵入式脑机系统,基于高通量柔性微丝电极采集脑内大规模神经元放电信号,聚焦动态精准运动控制、认知恢复与增强等功能。目前,“北脑二号”1024通道有线版已在动物实验中实现意念抓取运动目标的突破性成果,临床应用的微型无线全植入产品正在加速研发中。
“下一步,我们将完成'北脑一号'智能脑机系统的正式注册临床试验,持续优化技术并拓展应用场景。预计2028年可实现产品上市,为更多患者带来福音。”李园表示。
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