【科學(xué)補給站】

　　魏 路 本報記者 王 春

　　近日，上海巖思類腦人工智能研究院有限公司(以下簡稱“巖思類腦”)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院(以下簡稱“華山醫(yī)院”)、國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心、iBRAIN腦電聯(lián)盟、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所自主研發(fā)的植入式腦電大模型，實現(xiàn)腦機接口中文解碼臨床突破，有望為因漸凍癥、卒中等疾病導(dǎo)致失語的患者提供更好治療方案。

　　這一重大突破標(biāo)志著我國在腦機接口語言解碼領(lǐng)域，特別是針對中文這一復(fù)雜語言系統(tǒng)的研究走在國際前沿，未來這一系統(tǒng)還能適用于各種不同語言的解析重建。

　　裝上“中文操作系統(tǒng)”

　　“今天是新的一天?！碑?dāng)這句清晰的電子合成音在華山醫(yī)院的病房里響起時，意味著一位癲癇患者通過腦電大模型，讓大腦的思維直接轉(zhuǎn)化為了可被聽見的話語。這不是科幻電影中的場景，而是我國腦機接口中文解碼取得臨床突破的真實畫面。

　　7月，在華山醫(yī)院，醫(yī)生為患者植入8—10根立體定向腦電圖電極。這些纖細(xì)的“神經(jīng)探子”會深入不同腦區(qū)，捕捉大腦思考時產(chǎn)生的腦電信號，并將它們輸入腦電大模型。當(dāng)患者“閱讀”中文單詞時，在與腦部電極相連的電腦顯示屏上，腦電大模型會以驚人的速度解讀這些腦電信號，直接輸出患者一句句完整的“心里話”。

　　記者了解到，該名患者僅耗時100分鐘進(jìn)行模型訓(xùn)練，朗讀了54個漢字，腦電大模型就能基于此輸出流暢的句子。在該訓(xùn)練基礎(chǔ)上，腦電大模型通過拆解聲母、韻母等語音元素，再進(jìn)行智能排列組合，能衍生出近2000個常用漢字的表達(dá)能力。

　　相比英文26個字母的解碼，中文“418個音節(jié)+4個語調(diào)”的解碼難度更高?！拔覀兛梢栽诎朊腌娭畠?nèi)，解析出一個完整的中文語句，而且這個語句的字?jǐn)?shù)是沒有限制的。”巖思類腦首席科學(xué)家李孟說，“不僅如此，腦電大模型中文解碼的準(zhǔn)確率更是突破了瓶頸，10個聲母的解碼準(zhǔn)確率超83%，15個韻母的解碼準(zhǔn)確率超84%?！?/p>

　　解得“準(zhǔn)”，得益于腦電大模型高達(dá)1∶36的外推能力。通過探索多個大腦區(qū)域的協(xié)同編碼機制，腦電大模型實現(xiàn)了目前中文解碼的最高準(zhǔn)確率、最強解碼外推能力。

　　這一突破，相當(dāng)于為腦機接口裝上了“中文操作系統(tǒng)”，足以支撐患者進(jìn)行日常完整的語義表達(dá)。未來，因漸凍癥、卒中等疾病失語的患者借助臨床植入的腦機接口設(shè)備，有望像普通人一樣自然交流，實現(xiàn)說話功能，完整表達(dá)被“囚禁”在內(nèi)心的聲音。

　　建立共享腦電數(shù)據(jù)庫

　　作為前沿技術(shù)，全球腦機接口技術(shù)研究方興未艾，應(yīng)用場景十分廣闊。以Neuralink公司的侵入式硬核技術(shù)為代表，其在運動解碼方向上，取得了不少突破，如讓癱瘓病人用意念遙控機械臂喝水、操縱鼠標(biāo)玩游戲等。

　　“從臨床角度看，腦機接口最大的價值不在于概念演示。我們最終的目標(biāo)是讓患者重新動起來、走起來、說出來，從而提高他們的生存質(zhì)量。”華山醫(yī)院院長毛穎說。

　　如何讓前沿技術(shù)成為提升患者生活質(zhì)量的關(guān)鍵幫手？作為國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心的主體單位，華山醫(yī)院在腦功能定位和保護(hù)、神經(jīng)疾病治療和腦科學(xué)研究上積累了大量基礎(chǔ)和臨床資源?！澳X機接口是強交叉的前沿賽道，其突破不僅依賴技術(shù)和設(shè)備，還需要工程師、科研人員與醫(yī)生、患者協(xié)同推進(jìn)，讓前沿技術(shù)與臨床需求精準(zhǔn)對接?！泵f說。

　　上海腦機接口未來產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的成立為此提供了有力支撐。這里集結(jié)了高質(zhì)量孵化器、概念驗證平臺和檢測認(rèn)證基地，形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)閉環(huán)，推動腦機接口從“科學(xué)實驗”快速轉(zhuǎn)化為“普惠應(yīng)用”。

　　目前，華山醫(yī)院已啟動全球首個腦機接口多中心隊列研究，讓相關(guān)研究不再是孤立的個案測試，而是對一批患者進(jìn)行長期、系統(tǒng)的療效觀察，用標(biāo)準(zhǔn)化流程積累真實世界數(shù)據(jù)，推動形成可推廣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和臨床路徑。

　　腦機接口技術(shù)的核心在于解碼腦電信號，高價值信號源于真實臨床環(huán)境中患者大腦的動態(tài)數(shù)據(jù)。毛穎介紹，腦電大模型的突破正是源自對腦機接口技術(shù)的長期布局。在上海市科委的支持下，華山醫(yī)院牽頭，聯(lián)合全國十多家神經(jīng)外科領(lǐng)域頭部醫(yī)院成立iBRAIN腦電數(shù)據(jù)聯(lián)盟，目標(biāo)是建立全球最大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化、共享型侵入式顱內(nèi)腦電數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)不同醫(yī)院和設(shè)備數(shù)據(jù)的無縫對接與高效共享。

　　運行多年來，該聯(lián)盟已完成規(guī)范化底層架構(gòu)，積累起海量高質(zhì)量腦電數(shù)據(jù)，為腦電大模型的創(chuàng)新提供了數(shù)據(jù)基石。臨床端收集的數(shù)據(jù)交由技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行系統(tǒng)化分析與算法模型訓(xùn)練，形成貫穿“臨床—科研—技術(shù)迭代”的流程。如今，iBRAIN腦電數(shù)據(jù)庫的價值已超語言解碼本身，聯(lián)盟將其打造成開放共享平臺，將其變?yōu)橥苿诱麄€腦機接口領(lǐng)域進(jìn)步的公共資源，加速推動腦機接口產(chǎn)品從“能用”到“好用”的跨越。

　　這一開放共享平臺還為多領(lǐng)域研究提供支撐，可探索大腦對運動信號、情感信號的編碼，未來甚至能助力理解藝術(shù)創(chuàng)作時的大腦活動。同時，研究團(tuán)隊探索的多個大腦區(qū)域協(xié)同編碼機制適用于多種語言解析，未來這套系統(tǒng)既能幫助中國患者說中文，也可助力外國患者使用英語、日語等，使腦機接口技術(shù)突破具有全球意義。