把想法变成现实！大脑扬声器芯片突破，每分钟解码69个汉字

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在天津大学的一个实验室里，在一个满是字符和符号的屏幕上，黑色的方块经常闪烁。一名男学生戴着装满敏感电极的黑色大脑电极帽，盯着屏幕，在精神间隔空时不用手输入字符到指定区域。

在实验室之外，在比赛场地已经上演了空的打字速度竞赛。2019年8月，天津大学精密仪器与光电工程研究所神经工程与康复实验室研究生魏思文在BCI脑控机器人大赛和2019年世界机器人大会第三届中国脑机接口大赛中，以每分钟691位的脑控打字和解码速度摘得桂冠。

普通人用手在触摸屏手机上打字的速度大约是每分钟600位。魏思文不用手或键盘，用大脑每分钟就能解码并输出69个汉字，这已经超过了普通人用触摸屏手机打字的速度。

大脑计算机接口(BCI)用于思维打字。

脑-机接口技术被称为人脑与外界交流的信息高速公路。在人脑和计算机或其他不依赖于传统大脑的电子设备之间建立信息输出路径是一种全新的技术。

我们大脑的想法通常通过周围神经组织或肌肉组织来表达。天津大学医学工程与转化医学研究所副教授许说，脑机接口技术绕过了这一正常途径，直接建立了大脑与计算机之间的联系。

目前，脑-机接口技术已经广泛应用于医疗康复、军事、航空航天等领域。随着科技的发展，脑-机交互将成为未来人机交流的最高形式。

让康复医学插上翅膀

在天津医院康复科治疗室，47岁的患者汪洋戴上脑-机接口设备后，根据电脑提示进行腕部功能康复训练。

经过3个多月的治疗，他已经能够旋转他的腕关节和弯曲他的踝关节。

两年前，在手术中，我的心脏主动脉夹层破裂，导致脑干、腕关节和踝关节无法正常活动。汪洋回忆道。

后来，当我得知天津医院使用脑-机接口技术帮助病人康复时，我报名参加了。我每周来医院三次，每次一小时的康复训练。汪洋非常幸运。现在我的上肢和下肢都有所改善，我对自己的恢复充满信心。

今年7月以来，我们已正式将脑-机接口技术应用于脑卒中患者康复治疗的临床实验。天津医院康复科主任医师李奇表示，该院已收治21例患者，治疗效果明显改善。

这种治疗不仅可以提高患者的主动性，还可以在患者受损的中枢神经中形成反馈，刺激大脑重塑或补偿，从而提高康复效果。李奇补充道。

利用脑-机接口技术实现医疗康复正在改变人们的生活。

早在1924年，德国精神病学家汉斯·伯杰就发现脑波人类意识可以转换成电子信号来阅读。从那时起，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。

1969年，研究人员埃伯哈德·菲茨将猴子大脑中的一个神经元连接到仪表板上。当神经元被触发时，仪表板上的指针转动。

在实验中，如果猴子通过某种思维方式触发神经元，并转动仪表板上的指针，它将得到一个香蕉味的球作为奖励。

渐渐地，为了吃球，猴子变得越来越擅长这个游戏。它学会了控制神经元的触发。偶尔，猴子会成为第一个真正的脑-机接口实验对象。

1978年，视觉脑-机接口领域的先驱威廉多贝尔将一组68个电极植入一个盲人的视觉皮层，并成功地创造了视错觉。

脑-机接口系统包括摄像机、信号处理装置和皮质刺激电极驱动。植入后，患者可以在有限的视野内看到由灰度调制的低分辨率和低刷新率的点阵图像。

20世纪90年代末，脑-机接口技术迎来了发展的高潮。其应用成果迅速扩展，在许多领域显示出广阔的前景。

其中，在神经康复或辅助医学领域，脑-机接口技术在脑外伤、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。

奥地利格拉茨科技大学应用脑-机接口控制电刺激，帮助手部瘫痪患者完成一系列动作，如抓杯子、举起杯子和往嘴里倒水。这被认为是脑机接口应用于残疾人的一个里程碑事件。

在2014年国际足联世界杯足球赛开幕式上，一名腰部以下完全瘫痪的青少年通过脑-机接口技术控制下肢外骨骼完成了开球表演，由于长期虚拟训练和外骨骼技术的发展，这在全世界引起了轰动。

在中国，天津大学的神经工程团队于2014年成功开发了第一个适合全肢体脑卒中康复的人工神经机器人系统沈工-1。

该系统结合运动想象脑机接口技术和体能训练康复治疗，仿生构建中风患者体外的人工神经通路，模拟并解码患者的运动康复心理信息，然后驱动多级神经肌肉电刺激技术产生相应的动作。

在运动康复训练的同时，该系统可以促进患者受损脑区的功能恢复，修复和重建体内神经通路的可塑性。团队科研人员介绍。

《沈工1号》自2014年出版以来，一直在不断迭代发展。现在沈工3号已经开发出来了。这项技术正在逐渐成熟，技术也在日益提高。

目前，这项技术已经在天津和山东的许多三级医院进行了临床试验，为成千上万的患者带来了新的治疗方法。

展望沈工系列的未来，我们的目标是将沈工设计成体积更小的可穿戴便携式设备。研究人员表示，通过这种方式，不仅可以帮助患者完成更复杂、更精细的肢体运动，还可以实时监控患者的大脑活动状态，及时调整康复训练模式。

广泛应用于许多领域

除了医疗康复领域外，脑-机接口技术已经广泛应用于许多领域，从军事和航天领域到生活和娱乐领域。

在军事领域，许多国家已经开始涉足脑控武器原型设备的开发，也就是说，允许武器和设备根据人脑思维进行操作。

未来的脑控战斗机和脑控装甲车武器可以实现任意智能操作，感知就是决策，决策就是打击，大大提高了装备的打击效率。这可能会引发武器装备控制模式的一场革命。

不仅如此，脑-机接口技术在教育、游戏、智能通信等领域有着潜在的应用。BrainCo为教育行业开发了Focus系列头环，可以监控人们的注意力。

脑-机接口技术可以帮助学生提高学习效率和注意力。美国硅谷的教育机器人公司莱菔的创始人兼首席执行官张尧说。

该技术还用思想实现了对电子游戏的控制，为电子游戏增加了新的娱乐功能。与传统的鼠标和键盘控制的电子游戏相比，游戏的娱乐效果明显提高。

此外，佛罗里达大学开发的脑控无人机技术也逐渐应用于电子竞技行业。

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。

在过去的十年里，美国在脑-机接口领域的论文发表总数排名第一，而中国排名第二。

大脑扬声器芯片的突破

2019年，天津大学与中国电子信息产业集团联合开发了一款高度集成的脑机互动芯片，这是一款具有完全自主知识产权的国产脑机扬声器芯片。

脑语言使用者可以应用于特殊医学、康复医学、脑认知、神经反馈、信号处理等领域。研究人员介绍。

该芯片能够识别头皮脑电图中极其微弱的神经信息，有效地计算和解码用户的操作指令。天津大学医学工程与转化医学研究所相关负责人表示，这将大大提高大脑与机器之间的沟通效率，满足日常沟通的需要，使脑机互动设备真正成为用户的第三只手。

大脑扬声器有望为大脑-计算机交互技术的民用化、便携化、可穿戴化和易用化开辟道路。负责人说。

据了解，脑扬声器芯片采用高度集成的脑-机交互芯片架构，支持多通道神经信息采集、处理和交互。

该芯片实现了快速通讯、精确识别和高指令的目的。研究人员告诉记者。

根据脑机交互的特殊需求，该芯片还提供了脑电信号编码接口、采集与传输接口、解码专用速度设备等定制模块。研究人员介绍，这已经形成了一套完整的嵌入式脑机接口开发平台。

目前，仍存在技术瓶颈。

专家表示，脑-机接口技术将经历三个发展阶段:脑-机接口、脑-机交互和脑-机融合。目前，脑-机接口技术正经历着从第一阶段到第二阶段的过渡。该专家表示，目前仍存在四大技术瓶颈:感知精度低、综合计算效率低、编解码能力弱、缺乏相互适应的手段。

面对这些问题，天津大学专家表示，要在基本原则和关键技术、系统集成和重大应用方面取得突破。

具体来说，就是要在脑机感知、脑机编解码、脑机互适等关键技术环节推进理论创新和技术突破。

为了开发更稳定、更便携的检测电极和更精确的传感方法，也有必要开发更深入、更全面、更精确的脑阅读技术。天津大学专家介绍。

他补充说，需要加强对脑-机接口专用计算芯片研发的投资，以实现高度集成、便携和简化的脑-机接口系统。

穿上安全防护服

未来，脑机接口技术将从目前的单向脑机接口发展到双向脑机交互，最终实现脑机完全智能融合。

在此基础上，将发展更先进的人机混合智能技术，建立由人脑和人脑组成的新型人机智能网络，以及人脑和智能机器之间的互动联系。

这将彻底改变人类与智能机器之间的现有关系，为人类创造一个智能时代前所未有的新生活。天津大学的专家说。

然而，在大脑和计算机的深层互动下，一些对技术发展的担忧正在慢慢浮现。

侵入式脑-机接口技术会因植入电极而导致脑损伤吗？

在大脑控制过程中，是否会因为不正确的信息输入或输出而对大脑造成损伤？

对于非侵入式脑机接口技术，脑波采集信息的无序管理和广泛使用是否涉及侵犯个人隐私？

脑-机接口技术的使用应首先遵循知情同意的原则。专家建议，这项技术的使用必须有益于人类，不允许对他人和社会造成伤害。

此外，在使用过程中应遵循自主原则。

以脑-机技术在治疗中的应用为例，在任何治疗过程中都应尊重患者的自主性，由患者决定是否治疗、采取何种治疗措施以及何时终止治疗。

大脑阅读的内容和时间应该明确限定，而且大脑阅读必须用于治疗目的。天津大学的专家告诉记者。

大脑控制是一种恢复大脑功能和刺激大脑发育的治疗措施。大脑控制仅允许用于明确的临床目的，并且必须严格限制治疗时间、内容和方法。专家补充道。(来源:新华每日电讯报)

(编者:贾璇) (出版编辑:贾璇)

来源：人民视窗网