腦虎科技高通量植入式柔性腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)取得重大突破

摘要 ：“腦控”智能設(shè)備和“意念對(duì)話”成為現(xiàn)實(shí)

近日，腦虎科技在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院成功完成語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)“雙解碼”腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)，不僅標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)的重大突破，也預(yù)示著人類向“腦控萬(wàn)物”的未來(lái)又邁出堅(jiān)實(shí)的一步。腦虎科技自主研發(fā)的256導(dǎo)高通量植入式柔性腦機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)言雙解碼，為因腦損傷引發(fā)的運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)言障礙修復(fù)提供了新的解決方案。

這一突破性進(jìn)展不僅涵蓋了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)解碼，更在實(shí)時(shí)漢語(yǔ)解碼方面取得了前所未有的突破，標(biāo)志著中國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。腦虎科技也因此成為全球唯一同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)解碼和實(shí)時(shí)漢語(yǔ)解碼的侵入式腦機(jī)接口企業(yè)。

“腦控”上網(wǎng)，開啟人機(jī)交互新紀(jì)元

High Gamma頻段（70-150Hz）是腦電信號(hào)中的一個(gè)高頻段，通常與大腦的復(fù)雜認(rèn)知功能和神經(jīng)活動(dòng)同步有關(guān)。它能提供大腦活動(dòng)的詳細(xì)信息，尤其運(yùn)動(dòng)和感知信息。在植入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)中，提取該頻段的信號(hào)有助于更加精準(zhǔn)地解碼大腦意圖，實(shí)現(xiàn)意念合成運(yùn)動(dòng)。

2024年8月，腦虎科技聯(lián)合華山醫(yī)院神經(jīng)外科毛穎/陳亮教授團(tuán)隊(duì)順利完成意念合成運(yùn)動(dòng)臨床試驗(yàn)。受試者為21歲運(yùn)動(dòng)區(qū)占位的癲癇患者，通過(guò)手術(shù)植入256導(dǎo)高通量柔性腦機(jī)接口監(jiān)測(cè)病灶并保護(hù)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的重要腦功能區(qū)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)其腦電信號(hào)的High Gamma頻段進(jìn)行腦電特征提取和模型訓(xùn)練，利用LSTM（長(zhǎng)短期記憶）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行連續(xù)時(shí)間解碼，整體系統(tǒng)延遲小于60 ms。得益于256導(dǎo)高通量、高質(zhì)量、高分辨腦電信號(hào)和自主開發(fā)的通道篩選算法，可快速精準(zhǔn)確定響應(yīng)腦區(qū)，進(jìn)行實(shí)時(shí)高效精準(zhǔn)解碼。受試者無(wú)需動(dòng)手操作，術(shù)后兩天內(nèi)便可實(shí)現(xiàn)“腦控”玩乒乓球和貪吃蛇游戲。

經(jīng)過(guò)兩周的訓(xùn)練，結(jié)合腦虎科技自主開發(fā)的腦機(jī)操作系統(tǒng)XessOS，受試者可以熟練使用微信、郵箱、淘寶、小紅書、今日頭條等常用APP，以及實(shí)現(xiàn)智能家居和智能輪椅的“腦控”，大大滿足了運(yùn)動(dòng)障礙患者日常生活所需的基本行動(dòng)能力。

圖1:實(shí)時(shí)意念操控XessOS系統(tǒng)

國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)“意念”對(duì)話AI大模型，填補(bǔ)多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外空白

漢語(yǔ)是一種以單音節(jié)為主的聲調(diào)語(yǔ)言和圖形語(yǔ)言，不同于英語(yǔ)等字母語(yǔ)言，其產(chǎn)生過(guò)程中的信息轉(zhuǎn)換涉及更多腦區(qū)，需要研發(fā)針對(duì)漢語(yǔ)特征的神經(jīng)編解碼機(jī)制和信息處理手段。2024年12月，腦虎科技聯(lián)合華山醫(yī)院神經(jīng)外科吳勁松教授團(tuán)隊(duì)開展國(guó)內(nèi)首例高通量植入式柔性腦機(jī)接口實(shí)時(shí)合成漢語(yǔ)言臨床試驗(yàn)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在語(yǔ)言區(qū)占位腫瘤癲癇患者上進(jìn)行了柔性腦機(jī)接口植入手術(shù)，通過(guò)植入256導(dǎo)高通量腦機(jī)接口，幫助其定位病灶并保護(hù)語(yǔ)言相關(guān)的重要腦功能區(qū)。

圖2:實(shí)時(shí)漢語(yǔ)言解碼

病人術(shù)后恢復(fù)良好，五天后即可實(shí)現(xiàn)142個(gè)常用漢語(yǔ)音節(jié)下71%的解碼準(zhǔn)確率，并且單字解碼時(shí)延小于100 ms，是目前國(guó)內(nèi)實(shí)時(shí)漢語(yǔ)言解碼的最高水平。基于實(shí)時(shí)漢語(yǔ)解碼，受試者不僅實(shí)現(xiàn)了意念實(shí)時(shí)合成漢語(yǔ)、驅(qū)動(dòng)數(shù)字分身以及對(duì)話AI大模型等高級(jí)功能，還能將人的腦電解碼成語(yǔ)言進(jìn)而轉(zhuǎn)化成指令實(shí)時(shí)操控靈巧手實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。這一成果不僅為失語(yǔ)患者帶來(lái)了重塑語(yǔ)言功能的希望，更為實(shí)現(xiàn)人腦與AI大模型的直接交互，甚至思維交流開辟了新的可能。

值得一提的是，新年來(lái)臨之際，受試者還通過(guò)意念合成語(yǔ)言指令操作靈巧手，為大家送上“二零二五新年快樂”手語(yǔ)祝福。

圖3:腦虎創(chuàng)始人、TCCI研究員陶虎與受試者以及意念操控的靈巧手比心合影送祝福

此次腦虎科技披露的突破性進(jìn)展，受益于上海獨(dú)特的創(chuàng)新生態(tài)和來(lái)自政府、醫(yī)院、機(jī)構(gòu)等的多元投入。相關(guān)工作得到天橋腦科學(xué)研究院（TCCI）的有力支持，并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、上海市科委戰(zhàn)略前沿腦機(jī)接口專項(xiàng)項(xiàng)目、上海市經(jīng)信委促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展專項(xiàng)先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展項(xiàng)目、上海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)等項(xiàng)目，以及上海市腦機(jī)接口重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)腦機(jī)接口與交互分會(huì)、上海市未來(lái)產(chǎn)業(yè)腦機(jī)接口專委會(huì)等機(jī)構(gòu)的支持。

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