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近日，由南开大学段峰教授团队牵头的全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功，实现了介入式脑电信号从被动采集到主动控制的技术飞跃，突破了血管内脑电信号采集、介入式脑电信号识别等核心技术。此次试验对推动脑科学领域研究具有重要意义，标志着中国脑机接口技术跻身国际领先行列。 在脑机交互技术方面 天津早已经起跑并开展了广泛应用 无需双手操作，就可以通过“意念”隔空打字；瘫痪者可以用“意念”使用智能手机……如今，这些科幻电影中才有的情景已经通过脑机接口技术变成了现实。 “脑语者”芯片 2019年5月17日，全球首款脑机接口专用芯片“脑语者”在第三届世界智能大会正式发布。“脑语者”由天津大学和中国电子信息产业集团联合研发，拥有完全自主知识产权。“脑语者”系列芯片具有“精解码、高指令、快通讯、强交互“四大优势，采用高度集成的单芯片SOC FPGA方案，突破了传统非侵入式BCI信号采集处理的诸多瓶颈。这款芯片可以识别出头皮脑电中极微弱的神经信息，高效计算解码用户操作指令，极大提升大脑与机器之间的通讯效率，拓展功能充分满足日常交流需求，让脑机交互设备真正成为使用者的 ‘第三只手’。 首个脑机接口综合性开源软件平台发布 2022年11月19日，我国首个脑机接口综合性开源软件平台MetaBCI于第四届天津脑—机接口研讨会上正式发布。平台由天津大学、中电云脑、燧世智能等单位联合开发，填补了我国通用脑机接口领域面向开源生态自主研发的软件空白，为脑机接口技术跨团队协作创新提供了基础的开放平台。 脑—机接口技术被誉为人脑与外界沟通交流的“信息高速公路”，是公认的新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术。MetaBCI平台基于国际通行开源语言Python编写，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。平台共包含376个类和函数，兼容14种BCI公开数据集，涵盖16种数据分析方法和53种脑机解码模型，其全部代码已在全球最大的开源编程及代码托管网站GitHub公开共享。 项目技术负责人、天津大学医学工程与转化医学研究院副院长许敏鹏介绍，MetaBCI平台基本架构包含三大模块。其中，面向离线分析需求的Brainda平台，统一了现有公开数据集接口，集成多种主要BCI数据分析方法及解码算法，以此提高研究者的算法开发效率；面向刺激呈现需求的Brainstim平台，通过提供简洁高效的范式设计模块，可快速创建脑机接口范式刺激界面；面向在线开发需求的Brainflow平台，实现实时高速的数据读取、数据处理、结果反馈等功能，降低脑机接口在线系统的技术门槛。 空间站在轨脑-机交互技术试验系统 为解决航天员着服后操纵能力受限，认知能力和作业绩效下降的问题，天津大学神经工程团队研制了世界首套脑—机交互（Brain-Computer Interaction）在轨试验平台，针对太空飞行过程中在轨资源有限对试验平台重量、体积、功耗的约束，团队开发了适于在轨环境的脑—机交互自适应检测设备与处理技术，系统仅重481克，通过了百余人次的地基实验和23项航天测试。2016年10月21日，“神舟十一号”航天员景海鹏和陈冬在“天宫二号”空间实验室采用该系统完成人类首次太空脑—机交互实验，全面了解并验证了脑—机交互技术在复杂空间环境中的适用性。该系统的建立和成功测试为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供了关键科学依据与技术支撑。 人工神经康复机器人系统 “神工一号”、“神工二号”是天津大学研制的全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人(i-NeuroSys Robot)系统，它在中风患者体外仿生构筑了一条完整的人工神经通路，通过人工神经机器人计算并分析脑区的激活程度和可塑性模式，辅助皮层肌肉活动的同步耦合，反复强化大脑至肌群的正常兴奋传导通路，有效地促进原有障碍的运动反射弧的逐渐恢复。该系统通过国家食品药品监督管理局（CFDA）检测，并在多地医院临床测试成功，受益患者3000余例。该系统作为特殊意义标志事件入选教育部改革开放40周年高校科技创新重大成就典型案例，有力推动了新兴的脑—机交互技术在临床康复工程领域的发展与应用。 “哪吒”多脑协控智臂系统 “哪吒”多脑协控智臂系统可以通过戴在多位协作者头上的“电极帽”捕获他们的头皮脑电波，经过解码融合各方的合作意图指令，进而控制机械臂执行相应操作。相比于2019年研发的第一代单人脑控智能机械臂系统，这套系统首次采用“脑脑”协同作业方式，其操控效率和信息传输速率相比于单人作业提升了一倍以上，同时将脑控视图空间分辨率由之前的9×12像元提升至12×18像元以上，可以胜任更加精细复杂的任务。 “哪吒”多脑协控智臂系统主要分为脑—机接口子系统和智能机械臂子系统两个部分。 事实上，“哪吒”神来之“笔”背后的高性能脑—机接口技术不仅可以写字，并且在医疗康复、航空航天等领域展现出巨大的应用潜力。天津大学团队还开发了脑控无人机系统，首次实现了单人对无人机4自由度的连续控制，扩宽了新一代人机混合系统的应用场景。 3月27日，我市第六家海河实验室—脑机交互与人机共融海河实验室正式揭牌，将成为我国脑机交互领域自主创新的重要源头、天津人工智能支柱产业的核心支撑、天津制造业立市的技术底盘。 未来 从微观到宏观 从科学到工程 从原理到技术开展全领域、全尺度研究 形成完整的自主知识产权集群 实现脑机交互全技术链条覆盖 |
