震撼!中国攻克脑机接口难题,意念操控机械臂成现实

admin 2025-07-28 16:52 意昂体育介绍 196

7 月 20 日,国内顶尖科研团队 —— 由多所知名高校与科研机构联合组成的专项科研小组,正式对外宣布成功攻克脑机接口关键技术难题。这一突破成果令人瞩目,首次实现了通过意念精准控制机械臂完成复杂动作,诸如书写、抓取小物件等,为相关领域的发展带来了重大变革。

脑机接口技术,即 Brain-Computer Interface(BCI),又被称作脑机交互,通俗来讲就是 “脑控” ,旨在生物(人或动物)大脑与外部设备或环境间构建起新型实时通讯与控制系统,达成大脑与外部设备的直接交互。其工作原理是借助信号采集设备从大脑皮质采集脑电信号,历经放大、滤波、转化等一系列处理流程,将其转变为计算机能够识别的信号,接着对这些信号开展预处理,提取特征信号,再运用模式识别技术,最终将其转化为操控外部设备的具体指令,实现对外部设备的精准控制。例如,当人们想要移动电脑鼠标时,大脑发出的相关神经信号被采集并处理后,就能转化为让鼠标移动的指令。

回顾脑机接口技术的发展历程,它经历了三个主要阶段。在 19 世纪 60 年代至 20 世纪 90 年代末期的科学幻想阶段,脑电信号和脑电波的发现为后续研究奠定了基石。1857 年,英国生理学家卡通(Caton)在兔脑和猴脑上记录到脑电活动,并发表《脑灰质电现象的研究》论文;1872 年,贝克(Beck)再次发表关于脑电波的论文,掀起脑电现象研究热潮;1924 年,德国精神病学家汉斯・贝格尔(Hans Berger)发现脑电波,脑机接口研究由此发端;1963 年,英国拜登神经病学研究所医生格雷・沃特(Grey Walter)将病人电极连接到自己发明的 “电位转换器” 上,当病人有换片想法时,大脑运动皮层电位升高,电位转换器将信号传递给幻灯机实现自动换片,完成首次成功的脑机接口实验;1973 年,美国加州大学洛杉矶分校的雅克・维达尔(Jacques Vidal)教授发布首篇脑机接口研究论文,创造 “脑机接口” 术语,并搭建世界上第一个脑机接口系统。此后,众多研究者设计出多种基于不同脑电信号的 BCI 系统。

到了 20 世纪 90 年代末期至 21 世纪 10 年代中期的科学论证阶段,脑机接口技术开始出现阶段性成果,创伤性降低,控制维度和信息传输速率得以提升。1999 年,美国 NIH 在纽约召开首届脑机接口技术的国际会议,标志着该领域全面起步。2000 年起,一系列重要成果不断涌现,如美国贝里斯等人利用事件诱发电位控制虚拟现实场景中的物体;德国黑尼斯研究小组用功能性磁共振成像让受试者 “想象” 控制虚拟乒乓球游戏;美国布朗大学研究团队将 BrainGate 系统植入瘫痪者脑中,使四肢瘫痪病人能够通过运动意图完成机械臂控制、电脑光标控制等任务;2008 年,尼科莱利斯实验室实现用意念控制机器人行走;2012 年,美国西北大学实现功能性电刺激控制瘫痪肌肉,美国匹兹堡大学实现人脑 ECoG 信号控制机械手,并让患者感受到握手触感;2015 年,加州理工大学和荷兰乌特勒支大学科研团队使高位截瘫病人通过意念控制机械手臂完成精细任务并实现意念打字,准确率达 95%。

自 21 世纪 10 年代中期至今的技术爆发阶段,脑机接口从论证迈向技术实现。2016 年,美国约翰・霍普金斯医学院建立基于大脑皮层脑电信号控制的机械手指;同年 9 月,斯坦福大学让猴子用脑机接口敲打出莎士比亚经典台词;2018 年 2 月,斯坦福大学让瘫痪患者通过想象精准控制电脑屏幕上的光标;2019 年 7 月,Neuralink 公司的植入技术取得突破,对被试脑损伤更小、传输数据更多;2020 年 5 月,Neuralink 公司研究的脑机接口排异概率更小、更安全;2021 年,《自然》杂志发表研究,通过在瘫痪男子大脑运动皮层外层放置电极,成功将手写信号实时翻译成文本,大幅提升打字速度;2023 年 7 月,加州大学戴维斯分校医生团队为渐冻症患者大脑植入电极恢复其语言沟通能力;2023 年,科学家开发出可将神经信号转化为接近正常对话速度语句的脑机接口;2023 年 10 月,中国清华大学与首都医科大学宣武医院联合完成首例无线微创脑机接口临床植入试验;2024 年 1 月,美国 Neuralink 公司为首位人类患者植入脑机接口芯片;2024 年 2 月,中国首都医科大学宣武医院团队与清华大学医学院团队宣布全球首例接受植入式硬膜外电极脑机接口辅助治疗的四肢截瘫患者实现自主脑控喝水;2024 年 7 月,天津脑机海河实验室通过非侵入式脑机接口技术实现意念打字,推进 “脑控打字技术” 实际应用,并计划将该技术应用于医疗康复领域;2025 年 1 月,复旦大学科研团队与附属医院联合完成全球首例微创脑脊接口手术,帮助截瘫患者恢复自主行走能力;2025 年 4 月 21 日,南开大学介入脑机与智能康复天津市重点实验室段峰教授团队在脑机接口领域取得进展,开创介入式脑机接口新方式,并于 2025 年 6 月开展全球首例介入式脑机接口瘫痪患者患肢功能恢复试验。

此次中国科研团队取得的突破,在现有技术发展基础上更进一步。团队成员经过多年研究,在信号采集、解码算法等方面进行了大量实验和优化。通过采用新型的传感器技术,极大地提高了脑电信号采集的准确性和稳定性。在解码算法上,运用先进的深度学习和人工智能技术,构建了高度复杂且精准的模型,能够快速、准确地解读大脑发出的信号,并将其转化为控制机械臂的精确指令。

在展示实验中,志愿者仅通过意念,就能指挥机械臂稳稳地拿起一支笔,在纸上流畅地书写出自己的名字,字迹工整清晰;还能精准地抓取桌上的小物件,如花生米、棋子等,整个过程如同人类手臂的自然动作一般流畅、精准。这一成果引发了社会各界的广泛关注,在抖音、知乎等平台上,相关话题迅速成为热门讨论焦点。科技爱好者们纷纷展开热烈探讨,畅想这一技术对未来生活带来的巨大改变。有人设想,未来瘫痪患者借助脑机接口控制的机械外骨骼,能够重新自由行动;智能家居系统可通过主人的意念进行控制,实现更加便捷的生活体验。

从应用前景来看,这一成果在医疗康复领域具有无可估量的价值。对于瘫痪患者而言,有望借助脑机接口与外骨骼机器人或智能假肢相连,将大脑信号转化为肢体运动指令,重新恢复自主运动能力,实现行走、抓取等动作,极大地提高生活自理能力和生活质量。例如,一位因脊髓损伤导致下肢瘫痪多年的患者,借助脑机接口驱动的外骨骼装置,逐渐恢复了部分腿部肌肉的运动功能,能够在辅助下站立和缓慢行走。在神经系统疾病治疗方面,癫痫患者可通过植入式脑机接口实时监测大脑电活动,提前预测癫痫发作并及时采取干预措施,如释放微小电刺激阻止发作,有效减轻痛苦,降低发作频率和严重程度;针对阿尔兹海默病等神经退行性疾病,脑机接口可用于刺激大脑特定区域,增强神经元之间的连接,延缓疾病进展,改善患者认知功能和记忆力。

在智能家居领域,用户只需通过大脑发出的信号,就能轻松控制家中的灯光、窗帘、空调、电视等设备。比如,当你疲惫地回到家,脑海中刚闪过想要打开空调、拉上窗帘、打开电视的念头,这些设备就能立刻响应,为你营造出舒适的环境。在工业制造等领域,脑机接口技术也可能带来生产效率的大幅提升,工人可以通过意念更加高效地控制复杂设备。

引用来源:

抖音百科:《脑机接口技术》,https://m.baike.com/wiki/脑机接口技术/21573387?baike_source=doubao

CSDN 博客:《脑机接口技术:开启人类与机器的全新交互时代_脑机接口涉及哪些技术 实时在线解码》,https://blog.csdn.net/qq_74383080/article/details/147655833

腾讯云:《2025,脑机接口会颠覆我们的生活吗?》,https://cloud.tencent.com/developer/article/2482070

健康界:《中国突破性 “脑脊接口手术” 引爆千亿医疗赛道》,https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20250418/wap-content-1648753.html

国家自然科学基金委员会:《我国学者在脑机接口领域取得进展》,https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab1118/info95271.htm

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