——摘自江蘇省委《建議》
在蘇州高新區(qū)的一間實(shí)驗(yàn)室里，屏幕上清晰跳動(dòng)著一只小鼠大腦深處毛細(xì)血管的實(shí)時(shí)影像，在直徑最細(xì)僅7微米的毛細(xì)血管，血流的流動(dòng)軌跡清晰可見。這正是中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“蘇州醫(yī)工所”）團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口技術(shù)成果。
腦機(jī)接口被譽(yù)為“解鎖大腦的鑰匙”，而無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口由于安全、便捷的特性，應(yīng)用場(chǎng)景更為普遍，這也是蘇州醫(yī)工所團(tuán)隊(duì)主攻的方向。如何讓這一前沿技術(shù)從科幻走向“現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力”？蘇州醫(yī)工所的科研團(tuán)隊(duì)正通過跨學(xué)科的協(xié)同攻關(guān)，推開阻礙腦機(jī)接口落地的“三道門”。
無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口要想走進(jìn)臨床，第一道門檻是“采集難”。傳統(tǒng)柔性電極是塊狀或是膏狀，在佩戴時(shí)容易脫落，且患者還需忍受剃發(fā)的心理負(fù)擔(dān)。蘇州醫(yī)工所生物材料與干細(xì)胞研究室研究員李天獨(dú)辟蹊徑，研發(fā)出基于天然明膠的溫控相變導(dǎo)電凝膠。
李天打了個(gè)生動(dòng)的比方：“大家都吃過豬皮凍、魚凍，室溫下是液體，低溫環(huán)境中會(huì)凝結(jié)成固體?！眻F(tuán)隊(duì)研發(fā)的材料加熱后呈液態(tài)，能輕松浸潤(rùn)頭皮；常溫下會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)凝膠，牢牢“抓”住頭皮與電極。由此，使用者不需要剃發(fā)，電極也能避免運(yùn)動(dòng)干擾，顯著提升佩戴舒適度與便捷性。數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，該材料采集信號(hào)的信噪比較傳統(tǒng)商用電極提升超100倍，信號(hào)質(zhì)量大幅優(yōu)化。
“在VR游戲、腦控輪椅乃至康復(fù)訓(xùn)練等需要活動(dòng)的場(chǎng)景中，依然能獲取清晰的腦電信號(hào)，無(wú)需耗費(fèi)大量算力進(jìn)行降噪處理?！崩钐煺f(shuō)。目前，該材料正處于實(shí)驗(yàn)室向臨床轉(zhuǎn)化的驗(yàn)證階段，團(tuán)隊(duì)已與醫(yī)院合作開展人體安全性驗(yàn)證。
解決了“采集”的問題，還要解決“看得深”的難題。要實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)探測(cè)，堅(jiān)硬的顱骨是橫亙?cè)诳蒲腥藛T面前的又一道門檻。蘇州醫(yī)工所醫(yī)學(xué)影像研究室張雅超研究員團(tuán)隊(duì)正瞄準(zhǔn)“硬骨頭”，聚焦超聲與光學(xué)全腦成像前沿領(lǐng)域，開辟創(chuàng)新的技術(shù)路線。
得益于近年來(lái)“超快超聲成像”技術(shù)的突破，超聲兼具極佳的穿透深度與微米級(jí)的空間分辨率，能夠以毫秒級(jí)的速度捕捉大腦深處微血管的波動(dòng)，從而反推神經(jīng)活動(dòng)?！霸谑褂迷煊皠┑那闆r下，我們已能清晰捕捉到直徑僅有7到10微米的小鼠毛細(xì)血管中，單個(gè)微泡的流動(dòng)?！睆堁懦f(shuō)。
為了攻克顱骨的阻隔，團(tuán)隊(duì)從化學(xué)、材料、算法層面探索出多套創(chuàng)新解決方案，團(tuán)隊(duì)獲批2025年江蘇省前沿技術(shù)項(xiàng)目，目前正在攻關(guān)集成512陣元的“調(diào)控—超分辨成像—光聲分子影像”三位一體平臺(tái)。相關(guān)成果有望在蘇州當(dāng)?shù)仄髽I(yè)轉(zhuǎn)化，形成面向科研場(chǎng)景的專用設(shè)備。
張雅超團(tuán)隊(duì)成員平均年齡不到35歲，隨著腦機(jī)接口被列入前沿性未來(lái)產(chǎn)業(yè)，這群青年科學(xué)家深受鼓舞?！斑M(jìn)行腦機(jī)接口的研究，涉及光學(xué)、超聲與算法跨學(xué)科領(lǐng)域，前期投入巨大。得益于江蘇省的項(xiàng)目資金支持，團(tuán)隊(duì)研究在今年得以持續(xù)推進(jìn)、不斷突破。”
當(dāng)大腦信號(hào)被精準(zhǔn)采集，如何將其翻譯為指令，幫助患者重建功能，這是科學(xué)家面臨的第三道門檻。
在傳統(tǒng)的無(wú)創(chuàng)腦電（EEG）解碼中，科研人員隔著頭皮采集到的信號(hào)模糊不清，很難精準(zhǔn)定位是哪個(gè)神經(jīng)元在活動(dòng)。對(duì)此，戴亞康團(tuán)隊(duì)將磁共振技術(shù)引入無(wú)創(chuàng)腦電系統(tǒng)，自主研發(fā)了“腦電-磁共振融合高時(shí)空編解碼系統(tǒng)以及高時(shí)空分辨閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)”。
“先利用磁共振設(shè)備描畫出一張精準(zhǔn)的‘大腦地圖’?！贝鱽喛到忉尩溃?dāng)腦電帽測(cè)到信號(hào)后，再利用“地圖”進(jìn)行推導(dǎo)，這樣就能達(dá)成對(duì)大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)的精準(zhǔn)定位與編解碼。
在戴亞康團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室，記者看到了團(tuán)隊(duì)研發(fā)的最新款無(wú)線可穿戴腦電采集系統(tǒng)，2024年，記者也曾探訪該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，相較于去年的產(chǎn)品，新款腦電帽更加精細(xì)，還新增了VR交互功能。
比如，對(duì)于肢體癱瘓的卒中患者，當(dāng)患者在大腦中進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)想象”時(shí)，系統(tǒng)能精準(zhǔn)解碼這一意圖，并在VR眼鏡中驅(qū)動(dòng)虛擬手臂做出相應(yīng)動(dòng)作，幫助患者激活大腦的神經(jīng)可塑性。目前，該產(chǎn)品已經(jīng)落地轉(zhuǎn)化，可用于癲癇與卒中等疾病診療及腦科學(xué)研究。
除了技術(shù)攻關(guān)，戴亞康還在為腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化奔走。2024年下半年開始，在中國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭組織下，團(tuán)隊(duì)參與編寫了全國(guó)首個(gè)穿戴式腦機(jī)接口團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
“腦機(jī)接口的發(fā)展已經(jīng)來(lái)到了技術(shù)成熟的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即將進(jìn)入行業(yè)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的賦能?！贝鱽喛嫡J(rèn)為，穿戴式腦機(jī)接口團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，可大幅提升產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)范市場(chǎng)秩序、促進(jìn)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
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培育未來(lái)產(chǎn)業(yè)，不僅需要攀登科學(xué)高峰的勇氣，更需要學(xué)科之間的交叉融合，以及貫通產(chǎn)業(yè)鏈條的耐心。蘇州醫(yī)工所三個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同攻關(guān)，勾勒出江蘇推動(dòng)前沿技術(shù)落地的清晰路徑：以解決臨床痛點(diǎn)為導(dǎo)向，讓科研扎根真實(shí)需求；以跨學(xué)科融合為支撐，破解科研與工程瓶頸；以標(biāo)準(zhǔn)化引領(lǐng)為保障，加速產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建。
奮進(jìn)“十五五”，推動(dòng)前沿性未來(lái)產(chǎn)業(yè)形成現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，需要更多這樣的“無(wú)人區(qū)攻堅(jiān)者”。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新成果真正轉(zhuǎn)化為病床前的康復(fù)希望，前沿科技便有了最動(dòng)人的溫度。
新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 楊易臻