我国“脑语者”芯片突破“意念”隔空打字成现实

在天津大学某实验室内,一块布满字符和符号的屏幕上,黑色方块频繁闪烁。一名男生佩戴着布满灵敏电极的黑色脑电极帽,紧盯屏幕,在无需双手操作的情况下,通过“意念”“隔空打字”,将字符输入指定区域。

实验室外,“隔空打字”的速度角逐,已在赛场上演。2019年8月,天津大学精密仪器与光电子工程学院神经工程与康复实验室研究生魏斯文,在2019世界机器人大会的“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”中,以最高每分钟691比特的脑控打字解码速度,夺得桂冠。

在军事领域,多国已经开始涉足研制脑控武器原型装备,即让武器装备按照人的大脑意念思维执行操作。

在科学研究领域,世界各国都加大了对脑-机接口技术的研究。

上半时比赛,日本队利用脚下技术很快掌控比赛节奏。第4分钟,香港郑展龙大禁区边缘左脚抽射偏出远角。1分钟后,田川亨介接相马勇纪的传球近距离射门打偏。第7分钟,日本队从右路策动攻势,香港队唐建文头球解围落点不佳,菅大辉大禁区左侧10米处左脚凌空抽射将球送入球门右角,日本队1-0领先。

2019年,天津大学和中国电子信息产业集团合作研发了一款高集成脑-机交互芯片“脑语者”——拥有完全自主知识产权的国产芯片。

第63分钟,中国香港队用完最后一个换人名额。第82分钟,田川亨介禁区内的射门打偏。最终,日本队5-0大胜中国香港队取得连胜。日本队将于12月18日18点30分与东道主、也是卫冕冠军韩国队上演强强对话。(卓奥友)

奥地利格拉茨科技大学应用脑-机接口控制电刺激,帮助手部瘫痪病人完成了抓杯、举杯、倒水入口这一系列动作,被认为是脑-机接口应用于助残事业的里程碑事件。

实验中,如果猴子通过某种思考方式触发该神经元,并让仪表盘指针转动,它就能得到一颗香蕉味的丸子作为奖励。

该技术还实现了用“思想”控制电子游戏,增加了电子游戏新的娱乐功能。相比传统鼠标、键盘控制的电子游戏,显著增加了游戏的娱乐效应。

日本队(3-4-3-1):23-大迫敬介;21-古贺太阳、3-田中骏汰、15-渡边刚;2-菅大辉、6-大岛僚太、17-田中碧(67’4-畠中槙之辅)、16-相马勇纪;11-田川亨介、10-仲川辉人;20-小川航基(84’13-上田绮世)

制度理论成熟,对外可以支撑制度竞争,对内则可以支撑制度运行。人类社会是一个复杂的系统,社会有序运行离不开制度规范。人们自觉遵守和执行制度,制度运行就会顺畅高效,国家治理就会卓有成效。人们自觉遵守和执行制度,前提是能够理解制度、认同制度、掌握制度,了解其是怎样形成的、是为谁服务的、本质特征和优越性是什么,明确如何使制度得到有效执行、如何对待制度运行中存在的问题和不足……这就需要将制度实践成果及时上升到理论层面,深入研究和揭示制度建设规律,不断丰富和发展制度理论,为制度运行提供理论支撑和舆论氛围。

不仅如此,脑-机接口技术还有潜力应用在教育、游戏、智能通讯等领域。BrainCo公司针对教育产业开发了“Focus”系列头环,可以实现对人的注意力监测。

“自今年7月起,我们正式将脑-机接口技术应用于脑卒中患者的康复治疗临床实验中”,天津医院康复科主治医师李奇说,医院接收了21例患者,治疗效果都有明显提升。

普通人用手在触屏手机上打字的速度,约为每分钟600比特。魏斯文在不用手、不用键盘的情况下,用“意念”每分钟解码输出69个汉字,已超过普通人用触屏手机打字的速度。

1969年,研究员埃伯哈德·费兹将猴子大脑中的一个神经元,连接到仪表盘。当神经元被触发时,仪表盘的指针会转动。

脑-机接口技术被誉为人脑与外界沟通交流的“信息高速公路”,是在人脑和计算机或其他电子设备之间,建立不依赖于常规大脑信息输出通路的全新技术。

该脑-机接口系统包括一个采集视频的摄像机,信号处理装置和受驱动的皮层刺激电极。植入后,病人可以在有限的视野内,看到灰度调制的低分辨率、低刷新率点阵图像。

在天津医院康复科的治疗室里,47岁的患者王杨佩戴好脑-机接口设备后,根据电脑提示,进行手腕功能康复训练。

“后来,了解到天津医院运用脑-机接口技术帮助患者康复,我就报名来参加。每周来医院3次,每次进行1小时的康复训练”,王杨很庆幸,“现在我上下肢都有改善,对身体恢复很有信心”。

“脑-机接口技术可以帮助学生,提高学习效率、提升注意力。”来自美国硅谷的教育机器人公司萝卜太辣创始人兼CEO张尧说。

脑控战斗机、脑控装甲车……未来武器装备也许将实现“随心所动”的智能化操作,做到感知即决策、决策即打击,极大提升装备的打击效能。这或许将引发武器装备操控模式革命。

“脑语者”芯片取得突破

“我们大脑的想法,通常是通过神经外周组织或者肌肉组织表达出来”,天津大学医学工程与转化医学研究院副教授许敏鹏说,“脑-机接口技术则是绕过这样的正常通路,在大脑和计算机之间直接建立联系”。

融合了运动想象脑-机接口技术和物理训练康复疗法,该系统在中风患者体外,仿生构筑了一条人工神经通路,经过模拟解码患者的运动康复意念信息,进而驱动多级神经肌肉电刺激技术,产生对应动作。

其中,在神经康复或辅助医学领域,脑-机接口技术在脑部外伤、肢体残疾、神经系统疾病等患者的康复和功能重建中,发挥着重要作用。

日本队首轮依靠铃木武藏和三浦弦太的各一个入球2-1击败中国男足选拔队,中国香港队则0-2不敌东道主韩国队。此役是日本男足国家队面对所属亚足联的协会球队的第500场比赛,此前“蓝武士”的战绩为262胜104平133负;其中面对中国香港队22次战绩为11胜5平6负;不过双方最近一次交锋也已经差不多是十年前的事情了,当时就是在东亚四强赛,日本队3-0轻松胜出。此役,日本队对首发阵容进行了11人的全员轮换,中国香港队则有8人轮换,在首战面对韩国队时的先发球员中只保留了徐宏杰、唐建文和黄洋三人。

中国香港队(4-3-3):19-谢德谦;21-唐建文(46’3-罗梓骏)、12-梁诺恒、13-李毅凯、2-徐宏杰(46’23-孙铭谦);15-罗拔图、6-黄洋(63’16-陈俊乐)、17-陈肇钧;10-鞠盈智、9-辛祖、11-郑展龙返回搜狐,查看更多

“2年前,我在手术过程中心脏主动脉血管夹层破裂,导致脑梗,手腕、脚踝关节都无法正常活动。”王杨回忆。

下半时伊始,中国香港队便连换两人。第50分钟,大岛僚太大禁区左侧的射门被谢德谦没收。2分钟后,渡边刚头球攻门又顶高。第58分钟,大岛僚太左侧角球战术配合后传中,中国香港队的辛祖防守头球后蹭却形成助攻,无人盯防的小川航基小禁区边缘从容头球攻门,皮球贴着左立柱入网,小川航基完成个人帽子戏法,日本队5-0领先。

2014年巴西世界杯足球赛开幕式上,一名腰部以下完全瘫痪的少年,通过脑-机接口技术控制下肢外骨骼,完成了开球表演,一时轰动全世界,这得益于长期的虚拟训练与外骨骼技术的发展。

此外,佛罗里达大学开展的脑控无人机相关技术,也逐渐应用于电子竞技行业等。

近十年里,美国在脑-机接口领域发表的论文总数排名第一,我国位于第二位。

时光倒回至1924年,德国精神科医生汉斯·贝格尔发现了脑电波——人的意识可以转化成电子信号被读取。此后,脑-机接口技术研究开始出现,但直到20世纪70年代,这项技术才真正开始成形。

除医疗康复领域外,大到军事、航天领域,小到生活娱乐版块,脑-机接口技术已在多领域广泛应用。

无论经济竞争还是制度竞争,都需要令人信服的理论支撑。只有制度理论具有解释力、说服力、影响力,制度故事才能讲得好,制度安排才能深入人心,才能增强制度话语权,在国际竞争中赢得主动。亚当·斯密的自由市场经济理论为自由竞争资本主义在英国兴起并向全球扩张提供了思想理论支撑,凯恩斯的经济学说为国家干预主义大行其道作了思想理论准备。第二次世界大战后,有的国家虽然经济发展取得巨大成功,但并没有形成一套能够解释其经济运行的制度理论,在国际经贸及规则竞争中不能据理力争,加之其他因素的影响,最终不得不吞下经济衰退的苦果。从长期看,如果一个国家不能形成有解释力、说服力、影响力的制度理论,在制度竞争中没有话语权,就会陷于被动。

补时第1分钟,日本队在第一波右路攻势未能形成射门的情况下,菅大辉左路底线前横敲,皮球打田川亨介弹到小川航基身前,小川航基小禁区边缘右脚劲射将皮球送入球门左侧梅开二度。上半时比赛,日本队完全掌控节奏,以4-0领先中国香港进入半场休息。前45分钟,日本队控球率达到81%,完成10次射门,4次打在门框范围内的射门全部转化为进球。

20世纪90年代末,脑-机接口技术迎来了发展高潮,应用成果快速拓展,在众多领域显示出广阔前景。

目前,这项技术已经在天津、山东多地三甲医院进行临床试验,为上千名患者带来新的治疗手段。

利用脑-机接口技术实现医疗康复,正在改变人们的生活。

1978年,视觉脑-机接口方面的先驱WilliamDobelle,在一位男性盲人的视觉皮层植入了68个电极的阵列,成功制造了光幻视。

第25分钟,小川航基接田川亨介传球,从左肋开始横向带球,见防守球员前逼不紧,23米外右脚抽射打反角,皮球贴着左立柱入网,日本队3-0领先。第31分钟,陈肇钧踢倒相马勇纪吃到黄牌。第39分钟,小川航基中路25米外起脚打飞。

“在运动康复训练的同时,这一系统能促进患者受损脑区功能恢复、修复和重建体内神经通路的可塑性。”团队科研人员介绍。

思想是行动的先导。制度理论充满活力、富有创造性,还能引领和促进制度不断发展完善,长期保持生机活力。马克思的理论让人们认清了资本主义制度的实质和历史局限性,为人类探索更好社会制度提供了锐利思想武器。中国共产党人积极推进马克思主义中国化时代化大众化,在制度探索实践中不断取得重大成果,建立了中国特色社会主义制度。我国国家制度和国家治理体系具有多方面的显著优势,其中就包括坚持改革创新、与时俱进,善于自我完善、自我发展,使社会始终充满生机活力的显著优势。党的十九届四中全会《决定》聚焦坚持和完善支撑中国特色社会主义制度的根本制度、基本制度、重要制度,明确了各项制度必须坚持和巩固的根本点、完善和发展的方向,并作出工作部署。贯彻落实全会精神,推动中国特色社会主义制度自我完善和发展,有大量工作要做,其中一项重要工作就是推进制度理论创新,为人们坚持和巩固、完善和发展、遵守和执行制度提供学理支撑和理论引导。(马宏伟)

让康复医疗“插上翅膀”

渐渐地,猴子为了吃到丸子,越来越擅长这个游戏,它学会了控制神经元的触发。偶然中,猴子成为首个真正的脑-机接口被试对象。

经历3个多月的治疗,他已经能自行进行腕关节旋转、踝关节背曲等运动。

“这种治疗方式不仅能提高患者的主动性,还可在患者受损的中枢神经中形成反馈,刺激脑的重塑或代偿,从而提高康复疗效。”李奇补充。

目前,脑-机接口技术已广泛应用于医疗康复、军事、航天等领域。随着技术发展,脑-机交互将是未来人机通信交互的最高形态。

在国内,天津大学神经工程团队,2014年研制成功首台适用于全肢体中风康复的人工神经机器人系统——“神工一号”。

第14分钟,大岛僚太左侧角球开出,田川亨介小禁区边缘跃起,以一敌二力压唐建文和梁诺恒头球攻门将球顶入球门右下角,日本队2-0领先。第17分钟,大岛僚太外围远射被挡后偏出左立柱。前20分钟,日本队已经打进2球,且赢得了5次角球机会。

展望“神工”系列的未来,“我们目标是将‘神工’设计成体积更小的可穿戴便携设备”,研究人员介绍,“这样,不仅能辅助病人完成更多复杂而精细的肢体动作,还可以实时监测他们的大脑激活状态,及时调整康复训练模式。”

“神工一号”在2014年问世后,连续迭代发展,如今研发出“神工三号”,技术逐步成熟,工艺日臻完善。