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產業(yè)一線·跨年行 | 意念操控成真!腦機接口如何加速中風患者康復?

2025-02-11 16:55:12 中新經緯

  中新經緯2月11日電 (熊思怡)不用說話,也不用做動作,只需要想象騎行,機器人就會帶著你動起來——這不是科幻電影中的場面,而是超10萬患者體驗過的康復訓練。

  近日,中新經緯走進西安臻泰智能科技有限公司(下稱:臻泰智能),實地體驗了腦機接口技術在醫(yī)療康復領域的應用。

  “意念控制”走進現(xiàn)實

  “帶上頭環(huán),腳放在踏板上不要用力,想象你在騎行!2月7日上午,中新經緯來到西安國家數字出版基地,在臻泰智能創(chuàng)始人、CEO王浩沖的指導下,用意念控制康復設備完成了一次特殊的騎行:僅憑想象,腳下的設備就帶著我動了起來。

  整個騎行過程中,康復設備會根據大腦的參與程度控制騎行速度。中新經緯體驗中發(fā)現(xiàn),當注意力高度集中,設備就會帶著腳加速騎行;一旦分心,設備就會慢下來甚至停止。

  臻泰智能腦機接口上下肢康復訓練系統(tǒng)。中新經緯張嘉怡攝

  神奇的“意念控制”背后,是近期爆火的腦機接口技術。

  “腦機接口(Brain-Computer Interface,BCl)是建立在大腦和外部設備之間的交互通道,它不依賴肢體或者神經肌肉,直接在大腦和外部設備之間建立通信。”王浩沖這樣說道。

  據科技部《腦機接口研究倫理指引》,腦機接口通過記錄裝置采集顱內或腦外的大腦神經活動,通過機器學習模型等對神經活動進行解碼,解析出神經活動中蘊含的主觀意圖等信息,基于這些信息輸出相應的指令,操控外部裝置實現(xiàn)與人類主觀意愿一致的行為,并接收來自外部設備的反饋信號,構成一個交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。

  根據腦信號采集時電極植入大腦的位置,腦機接口主要分為三類:非侵入式、半侵入式和侵入式。相比于非侵入式的類型,侵入式由于可以直接放置在神經元附近,因而具有可獲取豐富的數據流和可實現(xiàn)特異性刺激的優(yōu)勢。盡管如此,出于對安全問題的擔憂和考慮,將侵入式應用于臨床還存在著極大的挑戰(zhàn)。

  包括臻泰智能在內,我國腦機企業(yè)目前大多選擇非侵入式采集技術路線。如今臻泰智能腦機接口技術突破了三大核心技術壁壘,包括柔性低阻抗電極材料、高增益多級放大電路、多模態(tài)自適應算法,可實現(xiàn)腦機交互系統(tǒng)響應時間1s以內,準確率90%以上,個體適應性大于90%。

  “正常的神經肌肉反射傳導大概是0.3秒,盡管在一些實驗室場景可以做到0.5秒,但在實際產品應用場景,1s以內已經是比較頂尖的技術!闭劶按颂,王浩沖難掩自豪。

  他分析稱,從腦機交互技術本身來看,進一步提升系統(tǒng)交互效率對突破使用瓶頸,拓展教育、娛樂等應用場景具有重要意義,理論上越接近人體神經反射傳導效率的腦機交互系統(tǒng)更具有通用性。

  治療時間縮短近三分之一

  腦機接口的研究自二十世紀70年代開始,近年來,隨著人工智能、神經生物學原理發(fā)展以及外部技術爆炸式的突飛猛進,腦機接口技術逐漸從實驗室走向市場。

  漢鼎智庫報告顯示,醫(yī)療健康是目前腦機接口最大的市場應用領域,也是最主要且最接近商業(yè)化的領域。臻泰智能,正是這條賽道上的一員。

  2018年8月,當時還在西安交通大學醫(yī)工交叉研究所攻讀碩士學位的王浩沖創(chuàng)立了臻泰智能。他透露,讀研期間所在的實驗室參與到了國家863計劃主題項目“智能仿生機器人技術研究與開發(fā)”,重點研究腦控智能康復機器人。

  “2017年10月,我們去西京醫(yī)院康復科做腦機接口康復機器人的臨床試驗,當時在康復科有位20歲左右的脊髓損傷患者,還有很多高位截癱、腦損傷造成的認知、運動功能障礙患者,他們的康復需求很迫切,但在以人工輔助、針灸理療為主的被動方式治療下,整體康復周期需要半年至一年以上,康復效率較低,治療效果不佳!痹陬l繁接觸患者的過程中,王浩沖萌生了創(chuàng)業(yè)的念頭,通過企業(yè)實現(xiàn)規(guī);a,讓腦機接口技術服務更多人。

  經過近七年探索,臻泰智能已研發(fā)了可穿戴式腦電采集分析系統(tǒng)、通用腦機接口智能康復機器人等多款產品,面向腦卒中(俗稱“中風”)、脊髓損傷、老年癡呆等多種疾病康復治療應用。

  2024年8月,臻泰智能獲工信部、國家藥監(jiān)局評選為人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新任務揭榜優(yōu)勝單位。中新經緯熊思怡攝

  “腦損傷患者的手部肌肉是正常的,肢體運動的神經通路也是正常的,核心是康復他的大腦控制神經!蓖鹾茮_告訴中新經緯,背后的原理是神經可塑性——腦神經會不斷地再生和重塑,通過訓練刺激旁路神經細胞再生,把神經通路重新連接起來,就能恢復對下肢或者手部的控制能力。

  王浩沖解釋稱,腦機接口康復訓練系統(tǒng)把被動訓練變成主動訓練,讓大腦融入康復訓練。從神經康復環(huán)路的機制上來講,傳統(tǒng)康復訓練只動肢體,是從肢體運動神經到腦的單向刺激,加上大腦信號的反饋后,就變成了中樞到外周再到中樞的雙向閉環(huán)訓練,康復效果會更好。

  據他介紹,在兩周的臨床對照試驗中,相較于接受傳統(tǒng)被動康復訓練的患者,接受腦機接口下肢康復訓練的患者在認知、運動、平衡、肌張力等指標上都提升了20%-30%。綜合來看,相較傳統(tǒng)訓練能縮短近三分之一的治療時間。

  落地方面,臻泰智能在成人運動康復領域已獲批兩張醫(yī)療器械注冊證,產品成功進入200多家醫(yī)院,服務患者超過10萬人次。目前,這一治療項目已被部分地區(qū)劃入醫(yī)保范疇,如山東已獲批“腦機交互康復訓練”醫(yī)保目錄,腦機接口肢體康復訓練單次120元,醫(yī)保能報銷大部分,對患者的負擔來說也比較小。

  對于腦機接口在醫(yī)療領域的發(fā)展前景,王浩沖滿懷憧憬和期望。“從行業(yè)角度,腦機接口技術目前處于初步應用階段,在腦卒中、脊髓損傷、老年癡呆等認知運動功能障礙患者康復治療方面已表現(xiàn)出顯著的效果,未來在抑郁、焦慮、睡眠以及兒童腦癱、自閉、多動等多種疾病治療干預方面將會表現(xiàn)出良好的應用前景!

  從醫(yī)療向更多領域拓展

  近年來,國內腦機接口技術的發(fā)展受到了政策的大力支持。

  國家層面,2021年3月,十三屆全國人大四次會議通過《“十四五”規(guī)劃綱要》,明確腦科學等為前沿領域的戰(zhàn)略重要地位;2024年1月,七部門出臺《關于推動未來產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》,將腦機接口列為未來產業(yè)十大創(chuàng)新標志性產品。

  地方層面,北京、上海等多地科技部門密集出臺腦機接口發(fā)展行動方案,針對監(jiān)管政策、臨床試驗、產業(yè)鏈等加緊布局,旨在加速技術創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展。

  北京社科院副研究員王鵬對媒體表示,政策開始向腦機接口偏移是一個積極的信號,預示著行業(yè)正在逐步走向成熟,并可能進入爆發(fā)的前夜。政府政策的支持和引導對于新興技術的發(fā)展至關重要,它可以為行業(yè)提供必要的資金、資源和市場準入機會,加速技術的研發(fā)和應用。

  在政策的催化下,腦機接口技術從醫(yī)療向更多領域拓展。浙商證券稱,隨著BCI(腦機接口)技術的進步,腦機接口逐漸擴散至心理健康、智能家居、虛擬現(xiàn)實、游戲、軍事等領域。目前,BCI約有43%屬于非醫(yī)療用途。

  圖源:《浙商證券腦機接口報告:腦機接口,機器人中的人機交換》

  受益于此,國內腦機接口市場規(guī)模不斷擴大。根據麥肯錫的預測,我國腦機接口市場預計將在2040年超過1200億元人民幣,年復合增長率可達26%。

  雖然前景廣闊,但腦機接口技術仍面臨著電極、芯片、算法方面的技術挑戰(zhàn)。王浩沖坦言,植入式和非植入式腦機接口電極性能都需進一步提升,芯片需進一步低功耗集成,算法方面需要在腦機接口數據集以及通用性方面進一步研究。

  “產業(yè)的需求和我們能供給的人才數量形成了明顯的矛盾。”中國生物醫(yī)學工程學會副理事長、天津大學副校長明東曾在第二屆腦機接口大會暨腦機接口產業(yè)聯(lián)盟第四次全會上呼吁,必須加大人才供給,特別是自主培養(yǎng)的人才。

  據悉,天津大學2024年新設立了腦機接口專業(yè)方向,但明東認為“遠遠不夠”:“目前只到研究生階段的人才培養(yǎng)還滿足不了發(fā)展的需要,我們更希望延展到前端,同時實施創(chuàng)新的人才培養(yǎng)體系!(中新經緯APP)

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來源:中新經緯

編輯:張澍楠

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