瞭望 | 罗敏敏：加速脑机接口应用

按：脑科学是重要的国家战略性前沿科技与研究方向，其中脑机接口领域近年来实现快速发展。清华大学医学院教授洪波及其团队成功研发“无线微创植入脑机接口NEO系统”并取得临床试验突破；北京芯智达神经技术有限公司的“北脑二号”智能脑机系统填补了国内高性能侵入式脑机接口技术的空白。我国脑机接口研发人员正在奋力追赶国际领先水平。

“对于一个科学家来说，能够有机会参与到一个全新且独立的研究机构的创建过程中，是非常难得的经历。”

“目前全球还没有哪个国家对脑机接口的技术标准和安全标准给出明确、系统的政策法规，这对中国来说既是一次制定全球标准的机遇，也面临着技术、伦理等方面的难题。”

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺 岳栋

“我们并非等到美国已经将脑机接口研发成熟之后再追赶，而是在其苗头刚刚出现之时，就已经奋起直追。”罗敏敏对脑机接口的产业化进展很有信心。

罗敏敏是神经生物学家，研究方向为奖赏和惩罚的神经环路机制及其相关疾病。罗敏敏曾任北京生命科学研究所资深研究员，清华大学教授。2018年，他和饶毅教授共同担任北京脑科学与类脑研究所（下称“北京脑所”）所长，带领所内科研力量逐步展开对脑机接口相关领域的研究。

北京脑所经过几年努力，已研发出高通量柔性微丝电极、千通道数高速神经电信号采集设备，以及基于前馈控制策略的生成式神经解码算法，成为脑机接口领域的前沿技术。

在北京市政府支持下，北京脑所及旗下的北京芯智达神经技术有限公司（下称“芯智达”）面向国际前沿，以产业化为导向开展脑机接口核心部件研发，推动我国脑机接口产业持续落地。

以创业的激情搞科研

“20世纪90年代我还在学校读书时，侵入式脑机接口已经被科学界接受。”罗敏敏介绍，电信号是我们所有思维活动的基础。例如说话就是通过神经细胞电活动完成的，如果可以记录一个人的脑电，不用听其讲话大体上就能推断其在讲什么。

但脑电是通过神经细胞产生电活动，再通过脑膜、头骨传到头皮表面，这时信号已经变得非常差。因此有科学家提出是否可以采用侵入式脑机接口方案，即把电极扎到脑子里，从而提高信号比，解码更多信息。2000年初美国军方已经投入大量资金支持侵入式脑机接口研究。

2004年留学归国后，罗敏敏进入北京生命科学研究所工作。据他观察，2010年左右，我国的脑机接口应用实验室多了起来，在脑机接口技术方面实现了突破，特别是在信号处理算法、脑电信号解码，以及脑机接口的实际应用等方面。例如最近几年浙江大学脑机接口临床转化研究团队探索了侵入式脑机接口的临床应用，通过实时检测癫痫患者的特征性脑电，自动激活神经刺激器，从而抑制癫痫发作。然而相对于国际脑机接口最高水平，我国在核心技术、系统集成等方面还有一定差距。

北京市脑机接口研究突破的机遇悄然来临。2018年1月，北京市出台支持建设世界一流新型研发机构实施办法，3月北京脑所成立，选择罗敏敏和饶毅教授共同担任北京脑所的联合所长。

“对于一个科学家来说，能够有机会参与到一个全新且独立的研究机构的创建过程中，是非常难得的经历。”罗敏敏告诉记者，基于国内十多年的科研工作积累，以及在北京生命科学研究所期间的任职经历，罗敏敏对北京脑所的发展方向有着自己独到的看法，并提出了一些具体的建设性意见。

北京脑所是一个新型研发机构，不定机构规格，不核定人员编制，实行理事会领导下的所长负责制，通过创新体制机制整合各个领域的优势资源，建立一个综合性的实验和研发平台。

建所之初，北京脑所面临着诸多挑战：缺乏科研团队，没有实验场地，一切都要从零开始。“其中最大的挑战在于如何吸引顶尖人才加入一个初创的研究所，并且在没有传统编制和固定学生名额的情况下支持他们的科研工作。”罗敏敏说。

在饶毅、罗敏敏等领导下，北京脑所打破科研单位原有的人员编制化、工资定额化模式，实行与国际科研机构接轨的人员聘用制、薪酬灵活化等机制，引导国内外相关领域研究人员以全职、双聘方式参与北京脑所工作，推动人才自由流动，最终从国内外招募了一批顶尖全职研究人员。

“北京市政府通过体制创新提供了重要的资金和政策支持，大家都充满了创业精神。”罗敏敏告诉记者，北京脑所改造建设了两栋现代化的实验楼，建立了包含实验动物设施、影像中心等十多个达到国际先进水平的技术平台。

罗敏敏（左）和芯智达张垒博士在讨论“北脑一号”无线植入脑机系统的最新发展情况（2024年9月摄） 受访者供图

用意念控制光标的猕猴

在猕猴颅内植入脑皮层电极，通过“北脑二号”脑机接口技术系统，猕猴就能仅用“意念”控制移动光标……从外观上看，这片脑皮层电极比指甲盖略大、薄如蝉翼、金色半透明，其与大脑皮层贴合，就能够采集到大脑皮层的信号变化。

在今年的中关村论坛期间，由北京脑所与芯智达联合研究孵化的采集脑皮层电信号的“北脑一号”“北脑二号”等成果正式对外亮相。“目前这两套产品已经完成动物实验，预计无线版本的‘北脑一号’明年能够进行临床试验。”罗敏敏介绍。

这两套产品是北京脑所科研成果产业化的标志。几年前，如何尽快将脑机接口进行成果转化，曾是罗敏敏与北京脑所面临的紧迫任务。

在此背景下，2023年初，由北京市政府联合中关村发展集团出资，北京脑所牵头成立了芯智达，提出力争在3到5年内突破侵入式脑机接口方面的关键技术。

“北京市政府出资两个亿，中关村发展集团也准备了两个亿，我们北京脑所的脑机接口团队从最初的攻关科研项目转向市场化运作。”罗敏敏说，有了资金支持，他们就能够进行精细化运作，放大实验室产品的每一个细节，并迅速联合国内优势科研团队解决产业化中遇到的各种问题。

例如在“北脑一号”的产业化中，其柔性电极阵列需要部分植入到颅内，长期安全性和有效性对于实现产业化极端关键。芯片的产热需要严格控制，否则会伤害到神经细胞健康，内部电路需要严格防潮，否则会影响到信号处理的长期稳定……为了实现这些目标，芯智达联合各方优势力量，进行了一轮又一轮的实验验证，力求每一个细节都能符合市场需要。

“北京脑所的研发团队也参与到芯智达的研发中，公司需要北京脑所哪个方向的研究力量，就会成立项目，北京脑所团队就会承接项目。比如北京脑所博士生仵婷开发了‘北脑一号’的柔性电极阵列，崔翯研究员在非人灵长类动物上开展了电生理数据采集，吉妮研究员和计算中心主任岳志锋改进了解码算法。”罗敏敏说，与国内其他科研团队合作也采取这种横向课题模式，加速解决产业化中遇到的各种问题。

目前，“北脑一号”128通道无线植入系统已经完成了工程样机的研发，正在积极开展临床前研究，“北脑二号”1024通道有线系统也在今年4月成功发布，填补了我国侵入式脑机接口的空白。

系统调配全国科研力量

“马斯克的Neuralink公司在脑机接口技术方面的一大亮点就是其致力于开发完全无线且可植入的设备。‘北脑二号’对标的是Neuralink最新一代产品，达到这一最新水平，我们预计还需要2～3年时间。”对于实现这一科学目标，罗敏敏态度谨慎。

这种谨慎源于实际研发经历。

Neuralink开发的最新版本的无线脑机接口设备支持高达1024个通道，这意味着它可以同时记录和处理来自大脑的1024个不同位置的信号。

相比之下，“北脑一号”已自主研发出了高密度柔性电极，实现密度达到4电极/平方毫米突破，是现有上市产品密度的上百倍，但也仅支持128通道。“北脑二号”系统基于自研高通量柔性微丝电极、千通道电生理记录系统、实时编解码算法等关键技术，已完成有线版本的全链路系统构建，但要达到Neuralink的集成水平，仍需要付出巨大努力。

罗敏敏对与国际最先进水平的差距有着清醒的认知：典型的脑机接口系统分四个步骤，即采集脑电信号、分析解码脑电信号、利用解码的信号做出控制，以及根据控制实际表现做出信息反馈和调整。国内做得比较好的是前端的电极和后端的控制两部分。在核心芯片的开发及系统集成、开展临床试验等方面仍然落后于美国。

任务艰巨，但并非遥不可及。罗敏敏建议，加快追赶国际脑机接口最前沿，需要“全国一盘棋”的系统规划，整合各方力量集中攻关，避免重复建设。

例如在芯片开发上，应集中全国脑机接口领域优势力量，不能各自为战、浪费科研资源。罗敏敏提到，当前，全国各大高校与科研院所是脑机接口芯片研发的主力军，但想要开发一款符合高标准、满足市场需要、低耗能的神经接口芯片，这些分散的力量还远远不够。对此，科技主管部门应集中该领域的优势力量，确定研发标准，选择支持关键机构或公司开展研发工作，以实际应用为导向，推动核心芯片快速迭代。

在临床试验审查上，罗敏敏建议加快制定相关标准。“目前全球还没有哪个国家对脑机接口的技术标准和安全标准给出明确、系统的政策法规，这对中国来说既是一次制定全球标准的机遇，也面临着技术、伦理等方面的难题。”罗敏敏说。