題圖由AI生成

近期，全球首個神經(jīng)重癥腦機接口多中心臨床試驗啟動。該項目聚焦解決腦積水精準診療這一國際性難題，由天津大學腦機交互與人機共融海河實驗室與天津市環(huán)湖醫(yī)院牽頭，聯(lián)合首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院、天壇醫(yī)院、中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院、四川大學華西醫(yī)院、中南大學湘雅醫(yī)院、河南省人民醫(yī)院、中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院、天津醫(yī)科大學總醫(yī)院等國內(nèi)頂尖醫(yī)療機構。 　　項目以腦積水精準診療為切口，標志著腦機接口技術首次突破傳統(tǒng)運動和認知功能修復應用范疇，全面走向神經(jīng)重癥這一全新領域，未來將推動拓展至更多醫(yī)療應用場景，為下一步神經(jīng)重癥精準診療提供中國技術、中國標準、中國方案。 　　圖為學生在體驗新型設備。 　　沈 岳攝（人民視覺）

　　從“意念驅動肢體”夢想成真到“模擬大腦運算”智算突破，從“給思維過程拍電影”篩查疾病到“嗅覺功能障礙預警腦疾”的便捷自測，我國腦認知科學領域的自主創(chuàng)新成果正密集涌現(xiàn)，為破解大腦奧秘、守護生命健康打開全新空間。近日，“新天工開物——科技成就發(fā)布會”腦認知科學專場在北京國家科技傳播中心舉行，集中發(fā)布了中國認知科學學會推薦的4項突破性創(chuàng)新成果。

　　“中國腦科學在最近十幾年進入了飛速發(fā)展的階段。”中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士段樹民在接受采訪時表示，“影像學、細胞分子、人工智能等一些交叉領域技術突破的滲透，對腦科學的發(fā)展起到了很大推動作用。”

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　　“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)

　　意念驅動行動，重啟患者人生

　　漸凍癥患者通過“意念”控制電腦光標的點選、在屏幕上輸出常用語句，卒中患者用腦控驅動肌肉刺激裝置開展康復訓練，脊髓損傷患者用“意念”控制機械臂倒水……在5例植入了“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)的患者身上，腦機接口技術展現(xiàn)出令人驚喜的臨床效果。

　　作為全球首個實現(xiàn)百通道以上高通量、無線全植入、準實用化的半侵入式腦機接口產(chǎn)品，“北腦一號”由微型體內(nèi)機、便攜式體外機和軟件算法三部分構成。其工作流程清晰明確：首先通過微型體內(nèi)機采集皮層腦電信號，以無線通信的方式經(jīng)體外機傳輸?shù)郊虞d軟件的計算機或智能終端上，最后由軟件算法搭建中樞神經(jīng)與外部設備的信號通路。由此，“北腦一號”能幫助脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥等運動和/或言語障礙患者實現(xiàn)功能替代和康復。

　　在大腦上“裝機”，風險高不高？北京腦科學與類腦研究所儀器儀表中心主任張壘解釋：“‘北腦一號’為半侵入式產(chǎn)品，微型體內(nèi)機不會進入腦組織內(nèi)環(huán)境，只是放置在硬腦膜外，手術簡單、安全性高。”

　　為了盡量減少患者創(chuàng)傷，研發(fā)團隊在保證信號質(zhì)量的情況下攻克了“微型化集成”的難題——“北腦一號”微型主機僅1元硬幣大小，能完成高通量、低功耗信號處理。與之連接的柔性薄膜電極薄如蟬翼，厚度僅幾微米，可與腦組織緊密貼合，確保信號采集精準。

　　這項硬核技術的背后，是一支平均年齡僅29歲、學科背景多元的年輕團隊。本著“面向人民生命健康”的研發(fā)初衷，他們聯(lián)合北京大學第一醫(yī)院、宣武醫(yī)院、天壇醫(yī)院等醫(yī)療機構，針對脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥等疾病深耕研究。

　　目前，“北腦一號”已完成5例人體植入，首例患者植入時間達到7個月，有效通道數(shù)保持在98%以上，信號質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定。

　　“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)早期臨床驗證成效明顯，即將開始注冊臨床試驗，有望在2—3年后獲批三類醫(yī)療器械注冊證實現(xiàn)產(chǎn)品上市。

　　從理論探索到實際應用，從基礎研究到產(chǎn)業(yè)轉化，腦機接口產(chǎn)品為廣大患者帶來了“重啟人生”的新希望，更展現(xiàn)出我國在這一未來產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新實力。

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　　“悟空”超大規(guī)模神經(jīng)擬態(tài)類腦計算機

　　自主芯片破局智算能力，模擬生命大腦

　　“宇宙中已知最高效、最神秘的‘超級計算機’是什么？是人類的大腦。科學家們一直夢想著，創(chuàng)造出一臺能像人腦一樣思考的計算機。”發(fā)布會現(xiàn)場，浙江大學計算機學院求是特聘教授、腦機智能全國重點實驗室主任潘綱說，類腦計算作為下一代計算技術重要候選路徑之一，有望成為未來智能計算的突破口。

　　浙江大學腦機智能全國重點實驗室類腦計算團隊最新研制出的新一代超大規(guī)模的神經(jīng)擬態(tài)類腦計算機“悟空”，正朝著這一目標邁進。

　　作為核心亮點，“悟空”的硬件實力格外突出：它的“軀體”由15臺刀片式類腦服務器組成，搭載了960顆團隊自研的達爾文3代類腦計算芯片；支持的脈沖神經(jīng)元規(guī)模超過20億，接近猴腦水平，已超越此前國際最大神經(jīng)擬態(tài)類腦計算機Hala Point；神經(jīng)突觸數(shù)量更超千億。更難得的是，這樣強大的配置在典型運行狀態(tài)下，功耗僅約2000瓦，兼顧性能與能效。

　　專家表示，類腦計算是一條邁向通用人工智能的新路徑。“悟空”有望從底層原理重構智能模型，目前已成功部署多項智能應用，可運行DeepSeek類腦大模型完成邏輯推理、內(nèi)容生成、數(shù)學求解等高級任務。同時，憑借龐大的神經(jīng)元和突觸資源，它還能初步模擬秀麗線蟲、斑馬魚、小鼠和獼猴等不同神經(jīng)元規(guī)模的動物大腦，有助于腦科學與腦疾病研究減少動物實驗、加快研究進程。

　　能實現(xiàn)這樣的突破，離不開研發(fā)中的技術攻堅：硬件層面，團隊攻克晶圓級系統(tǒng)集成方案，讓千百顆類腦芯片能緊湊聚集、互聯(lián)工作；軟件層面，設計出“時間步自適應”機制，確保芯片中20億神經(jīng)元能“聽話”地協(xié)同運行。

　　據(jù)了解，浙江大學在類腦研究領域起步早、積累深，自2015年起就陸續(xù)牽頭研制成功達爾文系列三代類腦計算芯片，該系列已成為國際上最具代表性的類腦芯片之一。

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　　穿戴式原子磁力計腦磁圖

　　“固定掃描”變“移動捕捉”，助力腦疾病診斷

　　我們的思維、情緒等大腦活動如何發(fā)生？能否“看見”思維過程，提前捕捉大腦的“故障信號”？如今，比腦電圖更加精準的“腦磁圖”正將這些變?yōu)楝F(xiàn)實。

　　“腦磁圖技術，就是給大腦活動拍攝高清、動態(tài)的三維‘電影’。”中國科學院生物物理研究所認知科學與心理健康全國重點實驗室正高級工程師王帆介紹，大腦活動產(chǎn)生的微弱電信號會產(chǎn)生磁場，磁場傳播過程中受腦組織的干擾遠小于電信號，因此腦磁圖能清晰反映腦內(nèi)活動。

　　由于腦磁磁場極其微弱，測量難度“堪比在嘈雜的菜市場里聽清一根針掉在地上的聲音”，傳統(tǒng)腦磁圖設備占地龐大，像個小型房間，且操作復雜、價格昂貴。

　　本世紀初問世的新型探測器——零場原子磁力計，為該領域帶來突破。2018年，中國科學院生物物理研究所團隊研制出國內(nèi)首臺多通道原子磁力計腦磁圖原型機，之后推出穿戴式設備，大幅提升患者適配性。但與此同時，他們面臨著技術上的“卡脖子”難題——探測器和磁屏蔽室這兩個關鍵部件完全依賴進口。

　　“要做，就必須自己做！”團隊下定決心啃硬骨頭。4年后，自研高性能探測器性能達到世界先進水平，穩(wěn)定性等重要指標國際領先，而且實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)；可移動、易組裝的磁屏蔽室也成功研發(fā)，不僅能隔絕外部磁場對大腦檢測的干擾，還可應用于半導體、精密測量等領域。

　　穿戴式原子磁力計腦磁圖技術未來有望應用于多種腦疾病的大規(guī)模篩查、早期診斷，包括兒童的孤獨癥、多動癥，老人的阿爾茨海默病、帕金森病，以及抑郁癥、焦慮癥等精神健康問題。

　　王帆說，為實現(xiàn)“哪兒有需求就去哪兒”，團隊將24小時穩(wěn)定運行的系統(tǒng)打包成全球首臺“移動式腦磁圖方艙”，可由普通卡車運輸。患者單次檢查費用將從近萬元降至千元內(nèi)，而且檢查流程快捷舒適。

　　此外，該技術還能為腦機接口、人工智能等前沿領域提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐，推動腦科學研究。中國科學院生物物理研究所學術副所長、中國認知科學學會學術委員會主任何生表示：“原子磁力計腦磁圖這種基于全新原理的腦成像技術，讓我國腦成像研究者有機會從起步階段就走在世界前沿。”

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　　本土化嗅覺功能評估體系與訓練體系

　　從“聞得準”到“篩得早”，預警神經(jīng)退行性疾病

　　“嗅覺明明是鼻子的事兒，怎么能篩查腦子的毛病？”發(fā)布會上，中國科學院心理研究所認知科學與心理健康全國重點實驗室研究員周雯講道，如果老年人莫名出現(xiàn)嗅覺減退，且排除感冒、鼻炎、腦外傷等因素，那么需要警惕這可能是神經(jīng)退行性疾病的報警信號，應該及時就醫(yī)。這是由于帕金森病中，退行性變最早發(fā)生在嗅球，嗅覺障礙的出現(xiàn)遠早于手抖，步態(tài)僵直等典型運動癥狀；阿爾茨海默病中，首先受累的經(jīng)內(nèi)嗅皮質(zhì)，同樣也是嗅覺通路的重要節(jié)點。

　　神經(jīng)退行性疾病的早期篩查是延緩病情的關鍵，但傳統(tǒng)方法依賴醫(yī)院設備，難以居家監(jiān)測且費用較高。對此，中國科學院心理研究所團隊在深入理解嗅覺機制的基礎上，面向中國人群開發(fā)“心靈秀”嗅覺功能評估與訓練體系，為這一挑戰(zhàn)提供了創(chuàng)新的解決路徑。

　　該系統(tǒng)可對嗅覺閾值、分辨、識別能力進行定量化評估，以反映嗅覺加工環(huán)路不同層級的功能水平。譬如，嗅覺識別測驗精選了40種中國人熟悉、辨識度高的氣味，包括花露水、芝麻油、四川辣醬等，組成本土化氣味庫。受檢者嗅聞嗅棒后，在云端交互平臺點選對應氣味名稱，系統(tǒng)會結合作答情況與人口學信息，對比全國大樣本常模自動生成檢查報告。完成一次嗅覺識別功能的快篩并獲取結果，全程僅需5—10分鐘。

　　如果嗅覺功能評估偏低，雖然無法明確確診疾病，但是可以提早4—8年預警帕金森病風險，提早2—5年預警阿爾茨海默病風險，促進患者早診早治。

　　針對不同原因導致的嗅覺障礙人群，研發(fā)團隊還設計了“心靈秀”嗅覺康復訓練。訓練者可隨身攜帶香療瓶，在微信小程序內(nèi)定期完成訓練任務，并由專業(yè)人士監(jiān)督效果，形成“檢測—干預”閉環(huán)。

　　對于主觀認知功能下降或輕度阿爾茨海默病患者，目前主要的醫(yī)學干預方法是認知訓練。周雯介紹，嗅覺訓練和認知訓練的邏輯一樣——通過加強或維持神經(jīng)網(wǎng)絡功能，延緩老年神經(jīng)退行性疾病病程，且理論上還能撬動嗅覺—情緒—記憶環(huán)路。