按：腦科學是重要的國家戰略性前沿科技與研究方向，其中腦機介面領域近年來實作快速發展。清華大學醫學院教授洪波及其團隊成功研發「無線微創植入腦機介面NEO系統」並取得臨床試驗突破；北京芯智達神經技術有限公司的「北腦二號」智能腦機系統填補了國內高效能侵入式腦機介面技術的空白。中國腦機介面研發人員正在奮力追趕國際領先水平。
「對於一個科學家來說，能夠有機會參與到一個全新且獨立的研究機構的建立過程中，是非常難得的經歷。」
「目前全球還沒有哪個國家對腦機介面的技術標準和安全標準給出明確、系統的政策法規，這對中國來說既是一次制定全球標準的機遇，也面臨著技術、倫理等方面的難題。」
文 |【瞭望】新聞周刊記者 扈永順 嶽棟
「我們並非等到美國已經將腦機介面研發成熟之後再追趕，而是在其苗頭剛剛出現之時，就已經奮起直追。」羅敏敏對腦機介面的產業化進展很有信心。
羅敏敏是神經生物學家，研究方向為獎賞和懲罰的神經環路機制及其相關疾病。羅敏敏曾任北京生命科學研究所資深研究員，清華大學教授。2018年，他和饒毅教授共同擔任北京腦科學與類腦研究所（下稱「北京腦所」）所長，帶領所內科研力量逐步展開對腦機介面相關領域的研究。
北京腦所經過幾年努力，已研發出高通量柔性微絲電極、千通道數高速神經電訊號采集器材，以及基於前饋控制策略的生成式神經解碼演算法，成為腦機介面領域的前沿技術。
在北京市政府支持下，北京腦所及旗下的北京芯智達神經技術有限公司（下稱「芯智達」）面向國際前沿，以產業化為導向開展腦機介面核心部件研發，推動中國腦機介面產業持續落地。
以創業的激情搞科研
「20世紀90年代我還在學校讀書時，侵入式腦機介面已經被科學界接受。」羅敏敏介紹，電訊號是我們所有思維活動的基礎。例如說話就是透過神經細胞電活動完成的，如果可以記錄一個人的腦電，不用聽其講話大體上就能推斷其在講什麽。
但腦電是透過神經細胞產生電活動，再透過腦膜、頭骨傳到頭皮表面，這時訊號已經變得非常差。因此有科學家提出是否可以采用侵入式腦機介面方案，即把電極紮到腦子裏，從而提高訊號比，解碼更多資訊。2000年初美國軍方已經投入大量資金支持侵入式腦機介面研究。
2004年留學歸國後，羅敏敏進入北京生命科學研究所工作。據他觀察，2010年左右，中國的腦機介面套用實驗室多了起來，在腦機介面技術方面實作了突破，特別是在訊號處理演算法、腦電訊號解碼，以及腦機介面的實際套用等方面。例如最近幾年浙江大學腦機介面臨床轉化研究團隊探索了侵入式腦機介面的臨床套用，透過即時檢測癲癇患者的特征性腦電，自動啟用神經刺激器，從而抑制癲癇發作。然而相對於國際腦機介面最高水平，中國在核心技術、系統整合等方面還有一定差距。
北京市腦機介面研究突破的機遇悄然來臨。2018年1月，北京市出台支持建設世界一流新型研發機構實施辦法，3月北京腦所成立，選擇羅敏敏和饒毅教授共同擔任北京腦所的聯合所長。
「對於一個科學家來說，能夠有機會參與到一個全新且獨立的研究機構的建立過程中，是非常難得的經歷。」羅敏敏告訴記者，基於國內十多年的科研工作積累，以及在北京生命科學研究所期間的任職經歷，羅敏敏對北京腦所的發展方向有著自己獨到的看法，並提出了一些具體的建設性意見。
北京腦所是一個新型研發機構，不定機構規格，不核定人員編制，實行理事會領導下的所長負責制，透過創新體制機制整合各個領域的優勢資源，建立一個綜合性的實驗和研發平台。
建所之初，北京腦所面臨著諸多挑戰：缺乏科研團隊，沒有實驗場地，一切都要從零開始。「其中最大的挑戰在於如何吸引頂尖人才加入一個初創的研究所，並且在沒有傳統編制和固定學生名額的情況下支持他們的科研工作。」羅敏敏說。
在饒毅、羅敏敏等領導下，北京腦所打破科研單位原有的人員編制化、薪金定額化模式，實行與國際科研機構接軌的人員聘用制、薪酬靈活化等機制，引導國內外相關領域研究人員以全職、雙聘方式參與北京腦所工作，推動人才自由流動，最終從國內外招募了一批頂尖全職研究人員。
「北京市政府透過體制創新提供了重要的資金和政策支持，大家都充滿了創業精神。」羅敏敏告訴記者，北京腦所改造建設了兩棟現代化的實驗樓，建立了包含實驗動物設施、影像中心等十多個達到國際先進水平的技術平台。
羅敏敏（左）和芯智達張壘博士在討論「北腦一號」無線植入腦機系統的最新發展情況（2024年9月攝） 受訪者供圖
用意念控制光標的獼猴
在獼猴顱內植入腦皮層電極，透過「北腦二號」腦機介面技術系統，獼猴就能僅用「意念」控制移動光標……從外觀上看，這片腦皮層電極比指甲蓋略大、薄如蟬翼、金色半透明，其與大腦皮層貼合，就能夠采集到大腦皮層的訊號變化。
在今年的中關村論壇期間，由北京腦所與芯智達聯合研究孵化的采集腦皮層電訊號的「北腦一號」「北腦二號」等成果正式對外亮相。「目前這兩套產品已經完成動物實驗，預計無線版本的‘北腦一號’明年能夠進行臨床試驗。」羅敏敏介紹。
這兩套產品是北京腦所科研成果產業化的標誌。幾年前，如何盡快將腦機介面進行成果轉化，曾是羅敏敏與北京腦所面臨的緊迫任務。
在此背景下，2023年初，由北京市政府聯合中關村發展集團出資，北京腦所牽頭成立了芯智達，提出力爭在3到5年內突破侵入式腦機介面方面的關鍵技術。
「北京市政府出資兩個億，中關村發展集團也準備了兩個億，我們北京腦所的腦機介面團隊從最初的攻關科研專案轉向市場化運作。」羅敏敏說，有了資金支持，他們就能夠進行精細化運作，放大實驗室產品的每一個細節，並迅速聯合國內優勢科研團隊解決產業化中遇到的各種問題。
例如在「北腦一號」的產業化中，其柔性電極陣列需要部份植入到顱內，長期安全性和有效性對於實作產業化極端關鍵。芯片的產熱需要嚴格控制，否則會傷害到神經細胞健康，內部電路需要嚴格防潮，否則會影響到訊號處理的長期穩定……為了實作這些目標，芯智達聯合各方優勢力量，進行了一輪又一輪的實驗驗證，力求每一個細節都能符合市場需要。
「北京腦所的研發團隊也參與到芯智達的研發中，公司需要北京腦所哪個方向的研究力量，就會成立專案，北京腦所團隊就會承接專案。比如北京腦所博士生仵婷開發了‘北腦一號’的柔性電極陣列，崔翯研究員在非人靈長類動物上開展了電生理數據采集，吉妮研究員和計算中心主任嶽誌鋒改進了解碼演算法。」羅敏敏說，與國內其他科研團隊合作也采取這種橫向課題模式，加速解決產業化中遇到的各種問題。
目前，「北腦一號」128通道無線植入系統已經完成了工程樣機的研發，正在積極開展臨床前研究，「北腦二號」1024通道有線系統也在今年4月成功釋出，填補了中國侵入式腦機介面的空白。
系統調配全國科研力量
「馬斯克的Neuralink公司在腦機介面技術方面的一大亮點就是其致力於開發完全無線且可植入的器材。‘北腦二號’對標的是Neuralink最新一代產品，達到這一最新水平，我們預計還需要2～3年時間。」對於實作這一科學目標，羅敏敏態度謹慎。
這種謹慎源於實際研發經歷。
Neuralink開發的最新版本的無線腦機介面器材支持高達1024個通道，這意味著它可以同時記錄和處理來自大腦的1024個不同位置的訊號。
相比之下，「北腦一號」已自主研發出了高密度柔性電極，實作密度達到4電極/平方毫米突破，是現有上市產品密度的上百倍，但也僅支持128通道。「北腦二號」系統基於自研高通量柔性微絲電極、千通道電生理記錄系統、即時編解碼演算法等關鍵技術，已完成有線版本的全鏈路系統構建，但要達到Neuralink的整合水平，仍需要付出巨大努力。
羅敏敏對與國際最先進水平的差距有著清醒的認知：典型的腦機介面系統分四個步驟，即采集腦電訊號、分析解碼腦電訊號、利用解碼的訊號做出控制，以及根據控制實際表現做出資訊反饋和調整。國內做得比較好的是前端的電極和後端的控制兩部份。在核心芯片的開發及系統整合、開展臨床試驗等方面仍然落後於美國。
任務艱巨，但並非遙不可及。羅敏敏建議，加快追趕國際腦機介面最前沿，需要「全國一盤棋」的系統規劃，整合各方力量集中攻關，避免重復建設。
例如在芯片開發上，應集中全國腦機介面領域優勢力量，不能各自為戰、浪費科研資源。羅敏敏提到，當前，全國各大高校與科研院所是腦機介面芯片研發的主力軍，但想要開發一款符合高標準、滿足市場需要、低耗能的神經介面芯片，這些分散的力量還遠遠不夠。對此，科技主管部門應集中該領域的優勢力量，確定研發標準，選擇支持關鍵機構或公司開展研發工作，以實際套用為導向，推動核心芯片快速叠代。
在臨床試驗審查上，羅敏敏建議加快制定相關標準。「目前全球還沒有哪個國家對腦機介面的技術標準和安全標準給出明確、系統的政策法規，這對中國來說既是一次制定全球標準的機遇，也面臨著技術、倫理等方面的難題。」羅敏敏說。■
