因颈髓损伤而高位截瘫的中年人，仅凭意念，即可如臂使指地操控智能轮椅在小区自如散步，指挥机械狗作为“身体延伸”取回外卖，甚至可以参与线上数据标注工作。这是中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心赵郑拓、李雪团队联合复旦大学附属华山医院及相关企业，开展的第2例侵入式脑机接口临床试验取得新进展。本次临床试验在脑机接口技术上实现了从二维的屏幕光标控制，到三维的物理世界交互的重大转变。
中国侵入式脑机接口技术快速进展。今年3月，赵郑拓研究组及李雪研究组，联合复旦大学附属华山医院团队成功开展中国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验。一名因高压电事故失去四肢长达13年的受试者，通过中国自主研发的侵入式脑机接口系统，实现“意念”控制电子产品，可以熟练操作赛车、下象棋等多种游戏。至此，中国在侵入式脑机接口技术上成为继美国马斯克Neuralink公司之后，全球第2个进入临床试验阶段的国家。
可初步控制具身智能机械人
今年6月，团队展开第2宗侵入式脑机接口临床试验。由于一次不幸摔倒，患者张哥在2022年因脊髓损伤导致四肢瘫痪，经过一年多康复，情况未有改善，仅剩头颈部可以活动。经过脑机接口系统的植入，张哥在2到3周后，实现凭借意念对电脑光标、平板电脑等电子设备的控制，这也是科研团队第一宗侵入式脑机接口临床试验时植入者达到的行为水平。为进一步提高植入者对周围环境的交互能力，研究团队在此基础上，通过更多新技术的引入，成功将脑机接口应用场景从二维屏幕拓展到了三维物理世界。目前，该系统已经实现让使用者通过大脑“意念”接近常人使用手机和电脑的操作速度，以及初步控制具身智能机械人的能力。
专家表示，第2宗临床研究在关键技术层面实现系列突破。在神经信息提取环节，团队开发出高压缩比、高保真的神经数据压缩技术，并创新性地融合了“尖峰频段功率”“相邻脉冲间隔”与“尖峰脉冲计数”几种数据压缩方式。该混合解码模型在噪声环境下仍能高效提取有效信号，将脑控性能整体提升15%-20%。面对真实环境中声、光、电磁干扰及患者生理、心理状态波动导致的信号不稳定问题，团队引入“神经流形对齐技术”，从高维动态神经信号中提取稳定低维特征，增强了解码器的环境适应性与跨天稳定性。
实时微调参数 无需中断操作
此外，团队革新系统校准方式，研发“在线重校准技术”。该系统可在患者日常使用中实时微调解码参数，无需中断操作进行专项校准，使系统性能持续保持高位，实现“越用越顺畅”的用户体验。响应速度是脑机接口的核心指标之一。人体自然神经环路传导延迟约为200毫秒，科研团队通过自定义通信协议，将系统从信号采集到指令执行的端到端延迟压缩至100毫秒以内，低于生理延迟水平，使患者的控制体验更为流畅自然。
赵郑拓表示，第2宗侵入式脑机接口试验的突破性是全方位的，从二维到三维，从虚拟到物理，从基础控制到生活融合。患者张哥曾经这样描述自己的感受，“就像控制游戏里的人物，不用特意去想摇杆要往哪个方向摆，自然而然想往哪个方向就过去了。信号传输比较稳，也没有太多延时。”此外，同为高位截瘫的第3宗患者已在今年10月接受手术，不到两个月时间，已能控制机械臂帮助自己喝水。