題圖由AI生成
近期，全球首個(gè)神經(jīng)重癥腦機接口多中心臨床試驗啟動(dòng)。大腦該項目聚焦解決腦積水精準診療這一國際性難題，奧秘由天津大學(xué)腦機交互與人機共融海河實(shí)驗室與天津市環(huán)湖醫院牽頭，科幻聯(lián)合首都醫科大學(xué)宣武醫院、照進(jìn)天壇醫院、現實(shí)中國醫學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫院、破解四川大學(xué)華西醫院、大腦中南大學(xué)湘雅醫院、奧秘河南省人民醫院、科幻中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫院、照進(jìn)天津醫科大學(xué)總醫院等國內頂尖醫療機構?，F實(shí)
項目以腦積水精準診療為切口，破解標志著(zhù)腦機接口技術(shù)首次突破傳統運動(dòng)和認知功能修復應用范疇，大腦全面走向神經(jīng)重癥這一全新領(lǐng)域，奧秘未來(lái)將推動(dòng)拓展至更多醫療應用場(chǎng)景，為下一步神經(jīng)重癥精準診療提供中國技術(shù)、中國標準、中國方案。
圖為學(xué)生在體驗新型設備。
沈岳攝（人民視覺(jué)）
從“意念驅動(dòng)肢體”夢(mèng)想成真到“模擬大腦運算”智算突破，從“給思維過(guò)程拍電影”篩查疾病到“嗅覺(jué)功能障礙預警腦疾”的便捷自測，我國腦認知科學(xué)領(lǐng)域的自主創(chuàng )新成果正密集涌現，為破解大腦奧秘、守護生命健康打開(kāi)全新空間。近日，“新天工開(kāi)物——科技成就發(fā)布會(huì )”腦認知科學(xué)專(zhuān)場(chǎng)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(xué)學(xué)會(huì )推薦的4項突破性創(chuàng )新成果。
“中國腦科學(xué)在最近十幾年進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段?！敝袊茖W(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士段樹(shù)民在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，“影像學(xué)、細胞分子、人工智能等一些交叉領(lǐng)域技術(shù)突破的滲透，對腦科學(xué)的發(fā)展起到了很大推動(dòng)作用?！?/p>
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“北腦一號”智能腦機系統
意念驅動(dòng)行動(dòng)，重啟患者人生
漸凍癥患者通過(guò)“意念”控制電腦光標的點(diǎn)選、在屏幕上輸出常用語(yǔ)句，卒中患者用腦控驅動(dòng)肌肉刺激裝置開(kāi)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”智能腦機系統的患者身上，腦機接口技術(shù)展現出令人驚喜的臨床效果。
作為全球首個(gè)實(shí)現百通道以上高通量、無(wú)線(xiàn)全植入、準實(shí)用化的半侵入式腦機接口產(chǎn)品，“北腦一號”由微型體內機、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(guò)微型體內機采集皮層腦電信號，以無(wú)線(xiàn)通信的方式經(jīng)體外機傳輸到加載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(dòng)和/或言語(yǔ)障礙患者實(shí)現功能替代和康復。
在大腦上“裝機”，風(fēng)險高不高？北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所儀器儀表中心主任張壘解釋?zhuān)骸啊蹦X一號’為半侵入式產(chǎn)品，微型體內機不會(huì )進(jìn)入腦組織內環(huán)境，只是放置在硬腦膜外，手術(shù)簡(jiǎn)單、安全性高?！?/p>
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(shù)的背后，是一支平均年齡僅29歲、學(xué)科背景多元的年輕團隊。本著(zhù)“面向人民生命健康”的研發(fā)初衷，他們聯(lián)合北京大學(xué)第一醫院、宣武醫院、天壇醫院等醫療機構，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(shí)間達到7個(gè)月，有效通道數保持在98%以上，信號質(zhì)量持續穩定。
“北腦一號”智能腦機系統早期臨床驗證成效明顯，即將開(kāi)始注冊臨床試驗，有望在2—3年后獲批三類(lèi)醫療器械注冊證實(shí)現產(chǎn)品上市。
從理論探索到實(shí)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(lái)了“重啟人生”的新希望，更展現出我國在這一未來(lái)產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng )新實(shí)力。
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“悟空”超大規模神經(jīng)擬態(tài)類(lèi)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(lèi)的大腦?？茖W(xué)家們一直夢(mèng)想著(zhù)，創(chuàng )造出一臺能像人腦一樣思考的計算機?！卑l(fā)布會(huì )現場(chǎng)，浙江大學(xué)計算機學(xué)院求是特聘教授、腦機智能全國重點(diǎn)實(shí)驗室主任潘綱說(shuō)，類(lèi)腦計算作為下一代計算技術(shù)重要候選路徑之一，有望成為未來(lái)智能計算的突破口。
浙江大學(xué)腦機智能全國重點(diǎn)實(shí)驗室類(lèi)腦計算團隊最新研制出的新一代超大規模的神經(jīng)擬態(tài)類(lèi)腦計算機“悟空”，正朝著(zhù)這一目標邁進(jìn)。
作為核心亮點(diǎn)，“悟空”的硬件實(shí)力格外突出：它的“軀體”由15臺刀片式類(lèi)腦服務(wù)器組成，搭載了960顆團隊自研的達爾文3代類(lèi)腦計算芯片；支持的脈沖神經(jīng)元規模超過(guò)20億，接近猴腦水平，已超越此前國際最大神經(jīng)擬態(tài)類(lèi)腦計算機Hala Point；神經(jīng)突觸數量更超千億。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(zhuān)家表示，類(lèi)腦計算是一條邁向通用人工智能的新路徑?！拔蚩铡庇型麖牡讓釉碇貥嬛悄苣Ｐ?，目前已成功部署多項智能應用，可運行DeepSeek類(lèi)腦大模型完成邏輯推理、內容生成、數學(xué)求解等高級任務(wù)。同時(shí)，憑借龐大的神經(jīng)元和突觸資源，它還能初步模擬秀麗線(xiàn)蟲(chóng)、斑馬魚(yú)、小鼠和獼猴等不同神經(jīng)元規模的動(dòng)物大腦，有助于腦科學(xué)與腦疾病研究減少動(dòng)物實(shí)驗、加快研究進(jìn)程。
能實(shí)現這樣的突破，離不開(kāi)研發(fā)中的技術(shù)攻堅：硬件層面，團隊攻克晶圓級系統集成方案，讓千百顆類(lèi)腦芯片能緊湊聚集、互聯(lián)工作；軟件層面，設計出“時(shí)間步自適應”機制，確保芯片中20億神經(jīng)元能“聽(tīng)話(huà)”地協(xié)同運行。
據了解，浙江大學(xué)在類(lèi)腦研究領(lǐng)域起步早、積累深，自2015年起就陸續牽頭研制成功達爾文系列三代類(lèi)腦計算芯片，該系列已成為國際上最具代表性的類(lèi)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(dòng)捕捉”，助力腦疾病診斷
我們的思維、情緒等大腦活動(dòng)如何發(fā)生？能否“看見(jiàn)”思維過(guò)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實(shí)。
“腦磁圖技術(shù)，就是給大腦活動(dòng)拍攝高清、動(dòng)態(tài)的三維‘電影’?！敝袊茖W(xué)院生物物理研究所認知科學(xué)與心理健康全國重點(diǎn)實(shí)驗室正高級工程師王帆介紹，大腦活動(dòng)產(chǎn)生的微弱電信號會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳播過(guò)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活動(dòng)。
由于腦磁磁場(chǎng)極其微弱，測量難度“堪比在嘈雜的菜市場(chǎng)里聽(tīng)清一根針掉在地上的聲音”，傳統腦磁圖設備占地龐大，像個(gè)小型房間，且操作復雜、價(jià)格昂貴。
本世紀初問(wèn)世的新型探測器——零場(chǎng)原子磁力計，為該領(lǐng)域帶來(lái)突破。2018年，中國科學(xué)院生物物理研究所團隊研制出國內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(shí)，他們面臨著(zhù)技術(shù)上的“卡脖子”難題——探測器和磁屏蔽室這兩個(gè)關(guān)鍵部件完全依賴(lài)進(jìn)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(jìn)水平，穩定性等重要指標國際領(lǐng)先，而且實(shí)現穩定量產(chǎn)；可移動(dòng)、易組裝的磁屏蔽室也成功研發(fā)，不僅能隔絕外部磁場(chǎng)對大腦檢測的干擾，還可應用于半導體、精密測量等領(lǐng)域。
穿戴式原子磁力計腦磁圖技術(shù)未來(lái)有望應用于多種腦疾病的大規模篩查、早期診斷，包括兒童的孤獨癥、多動(dòng)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(wèn)題。
王帆說(shuō)，為實(shí)現“哪兒有需求就去哪兒”，團隊將24小時(shí)穩定運行的系統打包成全球首臺“移動(dòng)式腦磁圖方艙”，可由普通卡車(chē)運輸?；颊邌未螜z查費用將從近萬(wàn)元降至千元內，而且檢查流程快捷舒適。
此外，該技術(shù)還能為腦機接口、人工智能等前沿領(lǐng)域提供高質(zhì)量的數據支撐，推動(dòng)腦科學(xué)研究。中國科學(xué)院生物物理研究所學(xué)術(shù)副所長(cháng)、中國認知科學(xué)學(xué)會(huì )學(xué)術(shù)委員會(huì )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(shù)，讓我國腦成像研究者有機會(huì )從起步階段就走在世界前沿?！?/p>
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本土化嗅覺(jué)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(jué)明明是鼻子的事兒，怎么能篩查腦子的毛??？”發(fā)布會(huì )上，中國科學(xué)院心理研究所認知科學(xué)與心理健康全國重點(diǎn)實(shí)驗室研究員周雯講道，如果老年人莫名出現嗅覺(jué)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(shí)就醫。這是由于帕金森病中，退行性變最早發(fā)生在嗅球，嗅覺(jué)障礙的出現遠早于手抖，步態(tài)僵直等典型運動(dòng)癥狀；阿爾茨海默病中，首先受累的經(jīng)內嗅皮質(zhì)，同樣也是嗅覺(jué)通路的重要節點(diǎn)。
神經(jīng)退行性疾病的早期篩查是延緩病情的關(guān)鍵，但傳統方法依賴(lài)醫院設備，難以居家監測且費用較高。對此，中國科學(xué)院心理研究所團隊在深入理解嗅覺(jué)機制的基礎上，面向中國人群開(kāi)發(fā)“心靈秀”嗅覺(jué)功能評估與訓練體系，為這一挑戰提供了創(chuàng )新的解決路徑。
該系統可對嗅覺(jué)閾值、分辨、識別能力進(jìn)行定量化評估，以反映嗅覺(jué)加工環(huán)路不同層級的功能水平。譬如，嗅覺(jué)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(diǎn)選對應氣味名稱(chēng)，系統會(huì )結合作答情況與人口學(xué)信息，對比全國大樣本常模自動(dòng)生成檢查報告。完成一次嗅覺(jué)識別功能的快篩并獲取結果，全程僅需5—10分鐘。
如果嗅覺(jué)功能評估偏低，雖然無(wú)法明確確診疾病，但是可以提早4—8年預警帕金森病風(fēng)險，提早2—5年預警阿爾茨海默病風(fēng)險，促進(jìn)患者早診早治。
針對不同原因導致的嗅覺(jué)障礙人群，研發(fā)團隊還設計了“心靈秀”嗅覺(jué)康復訓練。訓練者可隨身攜帶香療瓶，在微信小程序內定期完成訓練任務(wù)，并由專(zhuān)業(yè)人士監督效果，形成“檢測—干預”閉環(huán)。
對于主觀(guān)認知功能下降或輕度阿爾茨海默病患者，目前主要的醫學(xué)干預方法是認知訓練。周雯介紹，嗅覺(jué)訓練和認知訓練的邏輯一樣——通過(guò)加強或維持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )功能，延緩老年神經(jīng)退行性疾病病程，且理論上還能撬動(dòng)嗅覺(jué)—情緒—記憶環(huán)路。（記者 陳靜文）
《人民日報海外版》（2025年09月29日?第?09?版）
