“我是Miguel Nicolelis,一名神经科学家……今年七月,我决定转为杜克大学的名誉教授。40年的学术研究生涯是时候画上句号,我决定去业界做科研成果转化,并追逐自己的梦想——把脑机接口技术带给全世界。”
大洋彼岸传来“脑机接口之父”Miguel Nicolelis将出任强脑科技首席科学顾问、踏足脑机接口产业界的官宣。2021年12月20日,“脑机时代在中国”高峰论坛暨BrainCo强脑科技2021年度发布会,播放了Miguel Nicolelis教授精心准备的致辞。随后,更多的重磅消息接踵而至。
强脑科技(BrainCo)创始人兼CEO韩璧丞和其团队成员,先后在会上作了孤独症项目临床结果发布并揭开了神经接口平台和智能仿生腿的新品面纱。其中,智能仿生腿将成为强脑科技新一款可投入量产、大规模投放市场的商业化产品,是继2019年发布全球首款实现量产的Brain-Robotics脑机接口智能仿生手后,强脑科技团队又一备受瞩目的市场动作。
强脑科技创始人兼CEO-韩璧丞在发布会现场 图源:强脑科技
此外,根据公开资料显示,强脑科技是目前全球范围内唯二做到募资超2亿美元用于脑机接口技术底层研发的科技公司,比肩Elon Musk的Neuralink。如今一切就绪,韩璧丞把目光投向了更远处。强脑科技正朝着“用脑机接口技术,开启生命更多可能性” 的未来大步迈去……
01. 底层技术的质变
脑机接口(Brain-Computer Interface ,BCI) 技术,即大脑与机器相连的接口,它在大脑与外部设备之间建立了一个能够直接传送信号的通路,从而实现脑与设备的信息交换。脑机接口技术是人工智能的下一代技术,是人工智能和人类智能相结合的融合智能。
脑机接口技术第一次吸引全世界公众的目光,是在2014年。当时,一名29岁的瘫痪病人朱利亚诺·平托,通过非侵入式脑机接口系统控制外骨骼,开出了当届巴西世界杯的第一球,观众人数达12亿。当时的电视转播解说员激动不已:“平托行走的一小步,是脑机接口发展的一大步。”
该项目正是由脑机接口的权威专家Miguel Nicolelis主导完成。Nicolelis教授是美国杜克大学荣誉教授(Professor Emeritus),曾任杜克大学医学中心实验室学术领头人(PI)。他培养了数百位脑机接口领域的专家,其中就包括脑机接口公司Neuralink的联合创始人、前CEO Max Hodak。他在脑机接口领域影响之深,为脑机接口领域奠定了学术研究的基础,被媒体誉为“脑机接口之父”。
Miguel Nicolelis教授 图源:强脑科技
但脑机接口技术并不是一个新兴技术,距今已有近百年的发展历史。1924年,德国精神学家Hans Berger首次发现人类脑电波,让人们发现意识可以转化成电子信号被读取。几十年后,针对脑机接口的技术研究开始出现。2003年,Nicolelis教授通过在猴子大脑中植入微电极阵列检测其脑电信号,使其利用意念控制机械臂,开创了脑机接口技术的新纪元。
2017年, Elon Musk宣布成立脑机接口公司Neuralink,再次在全球范围内掀起了脑机接口技术的产业化热潮。 在应用层面,脑机接口技术又大致分为侵入式和非侵入式两种。
以Neuralink为代表的侵入式脑机接口技术,为的是“重建”新的大脑和操作端的通路,实现让肢体不受控制的人拥有新的支配能力,可用于重度瘫痪、帕金森等疾病的治疗。
以强脑科技BrainCo为代表的非侵入式脑机接口技术,则多是帮助大脑和操作端“恢复”原来的信号传递、“修复”受损通路,针对多动症、中风、癫痫等疾病以及残障人士做对应的恢复训练,采取的主要方式是神经反馈训练。
目前全球大部分的脑机接口公司都是非侵入式的研究。其优点在于只需要通过相关设备对大脑皮层的表面信号进行分析,能够直接进行采集和处理信号,不需要外科手术的介入,更易被应用于能实时监测脑电波状态的可穿戴设备中,实现辅助功能,并投入到教育等消费级领域。
实际上,无论是侵入式还是非侵入式,一个典型的脑机接口系统主要包含4个组成部分:信号采集、信号分析、控制设备和反馈环节。目前非侵入式脑机接口技术最大的技术挑战,便落在信号的采集和分析上面。
强脑科技BrainCo创始人兼CEO韩璧丞告诉动脉网,非侵入式采集脑电信号时,首先需要经过头皮衰减导致信噪比很差,因此十分考验采集设备的放大消噪能力。
而在信号解析环节,由于脑电信号种类多,是整个大脑神经活动产生电信号的叠加,因此难以区分不同部位的神经活动,如何对不同的脑电信号做标注和定位成为关键。
强脑科技BrainCo成立于2015年,是哈佛大学创新实验室孵化的第一家华人企业。为了实现脑电精准采集和便携化,BrainCo强脑科技团队在信号采集和解析上做出了重要突破,发明革新电极材料,突破了生物电信号大规模采集难点。
同时,公司还攻克了便携式生物电采集设备噪声处理难点,大幅提升微型设备信号采集准确率,使得设备信号采样精度媲美医疗级脑电检测设备。
02. 脑机接口技术就在身边
成立伊始,强脑科技依据这个平台,针对许多专业领域开发了高精准度的产品,并得到了美国宇航局(NASA)、NBA球员和国家队的认可。随着技术的不断发展,强脑科技决定发挥脑机接口技术更为普惠的价值,用它“开启生命更多可能性”。
事实上,脑机接口技术并非如人们想象中的那般遥远。在中国,医疗正在成为脑机接口最先落地的产业方向,并且已经实现临床应用。
除了前文中提到的硬件和材料的突破,BrainCo强脑科技团队开发了核心的电信号人工智能的算法。有了这些技术积累和储备,2018年,BrainCo强脑科技开始将技术产品化,首先在神经调控和认知能力提升这些医疗领域探索。
■ 智能仿生手
韩璧丞介绍,在中国,肢体残疾的残障人士有2472万,其中约有300万是上肢残疾。但现状是,中国肢体残障人士的假肢的使用率非常低,各种形式的假肢都算上,可能还不到1%的使用率,主要原因是动辄几十万的价格令残障人士难以负担。已经购买上肢假肢的用户中有20%因为不满意假肢的性能,弃用率极高。
针对这些痛点问题,历时近10年,从前期的技术积累到一代一代的试用、反馈、迭代,BrainCo强脑科技终于做出了全世界第一款的脑控机械义肢产品BrainRobotics智能仿生手。
智能仿生手体验官古月在发布会上表演钢琴演奏 图源:强脑科技
这是一款可以通过肌肉神经信号直接控制的智能假手,这是目前世界上操作最精准、实现度活动维度最多的智能假手,其售价是前主流智能假肢价格的五分之一,大大提高了产品的普及性。该产品还曾获评《时代》杂志2019年度百大最佳发明,并登上了杂志封面。
目前,BrainRobotics智能假手已经进化到第五代,除了可以实现握手、抓杯子等日常操作之外,已经有残疾患者通过练习实现了写毛笔字、弹钢琴、攀岩等更为复杂的操作,实现了自己的梦想。
■ 智能仿生腿
在2021年度发布会上,强脑科技发布了重磅新品——智能仿生腿。
强脑科技智能仿生腿 图源:强脑科技
中国2400万肢体残疾人群中,其中下肢残疾人群是上肢残疾的5-10倍。对于膝盖以上截肢的患者来说,传统假肢不能像正常的腿部一样接收来自大脑的指令,无法根据环境的情况和肌肉的情况进行实时的步态调整。这样的假肢只是一个支撑工具。
而开发智能仿生腿虽不需要像仿生手一样需要极强的灵活度,但对假肢的材料(大小、重量)、控制(平衡、速度、压力变化)、感知(本体感)等方面都提出了很高的要求。正常行走要求我们的神经系统和肌肉要高度协调,而且人走路的不同阶段,其肌肉反馈也是不同的,正常人走路是1.5步/秒,耗费134毫秒。
强脑科技智能仿生腿利用脑机接口技术,就像智能仿生手一样,每秒可以提取2万个肌电和神经电信号,迅速识别佩戴者的意图,并根据AI算法自适应,做出相应的调整。整个系统的响应时间仅需100毫秒,远远小于正常人的反应时间134毫秒。
强脑科技智能仿生腿展示者小林与舞伴 图源:强脑科技
发布会现场,BrainRobotics智能仿生腿的展示者小林和舞伴,还为大家献上了一支双人舞。看似并不复杂的舞步背后,却凝聚了BrainCo核心能力。
总结来看,这款新品具备以下五点优势:第一、超强的承重能力;第二、较快的响应速度;第三、超高的加工精度;第四、超强的耐用能力;最后是足够轻便。不日上市后,该产品将成为全球市场上首款可量产的“可用意念控制”的智能仿生腿。
韩璧丞表示,到目前为止,BrainRobotics的用户已经覆盖了全国80%的省份,智能仿生腿的产品的推出,未来将可以帮助更多的残疾人朋友重拾对生活的自信。
■ StarKids开星果社交力与注意力康复系统
BrainRobotics智能仿生手和在此次发布会上初次亮相的智能仿生腿,都属于利用大脑控制外界,与外界互动的延伸工具。强脑科技的另一个发展方向,正是在此次高峰论坛上,被与会的顶级医学临床和脑科学专家高度重视的,通过对大脑的反馈和调整,探索对自闭症等大脑相关疾患干预的数字疗法。
全球约有7500万自闭症患者。在美国,每54个孩子中就有一个ASD患儿,过去10年中发病率增长了一倍。保守估计,我国现存自闭症患儿1000万人。这种“病因不明、无药可医”的疾病,已成为世界上公认的重大公共卫生问题和沉重的社会负担。找出科学、有效、可负担的理想干预方法成为重中之重。
StarKids开星果社交力与注意力康复系统,则采用非侵入式脑机接口技术,通过脑控疗育游戏和社交互动视频吸引患儿的兴趣和注意力。患儿头戴的脑电波记录设备只是纯粹记录大脑产生的脑电波,然后传输至针对镜像神经元μ波设计的AI算法进行解析,软件再通过视觉听觉的信号将大脑活动的情况反馈给孩子的感官和大脑。
整个过程中设备不会给孩子的大脑或者身体施加任何电磁刺激。50分钟的课可以提供3000次的反馈,对于发挥脑神经可塑性作用方面具有非常突出的优势。
2021年1月,强脑科技与中国康复研究中心副主任、中国康复研究中心国家孤独症康复研究中心主任张通教授团队合作,在国家康复中心开展了全国第一项基于可穿戴脑机接口设备的自闭症干预临床研究实验。
该研究采用了严格的随机分组,安慰剂对照,单盲的实验设计。在经过每周5次,每次半小时,一共60次的神经反馈训练后,实验组在模仿社交互动、社交沟通、言语表达和问题行为方面比对照组均有显著改善,达到实验预期。
若未来能够在进一步的多中心大样本临床研究中明确其疗效,与现有的结果一致,脑机接口技术将有可能为自闭症患儿提供前沿的康复手段。
03. 未来已来
除此以外,脑机接口技术其实还可以在诸如抑郁症、失眠、阿尔茨海默症等更多疾病领域发光发热。
“我要把脑机接口技术带给整个世界,并尝试创造出可以治疗10亿人的神经修复设备。就在我决定离开杜克大学的前几天,BrainCo的Max和璧丞邀请我担任BrainCo的科学顾问,这真是莫大的缘分!我对BrainCo的成果早有耳闻,让我最为欣慰的是,我们有着同样的梦想和愿景。”Nicolelis教授在发布会致辞中说道。
强脑科技“脑机科技,开启生命更多可能性”的使命,与Nicolelis教授用脑机接口技术“治疗十亿人”的宏伟愿景不谋而合。目前,Miguel Nicolelis 教授已受邀加入强脑科技,任首席科学家顾问。
韩璧丞强调,脑机接口的应用一共分成两种形式,一种是对内的神经调控,一种是与外界互动的,比如用大脑控制机器。Miguel Nicolelis的加入,也意味着BrainCo强脑科技将持续加码脑机接口底层技术研究。
韩璧丞对非侵入式的脑机接口技术的潜力充满信心:“当侵入式脑机接口技术尚在实验室阶段接受验证的时候,非侵入式的脑机技术已经让残疾人断臂重生,追逐梦想。”
在越来越强大的科研团队和资金的支持下,2022年,强脑科技将围绕阿尔茨海默症和失眠症的脑机接口解决方案,全力加速新产品研发和技术落地。打造出人人需要,人人受益的好产品,才是打开“脑机时代”的钥匙。
中科院院士、复旦大学脑科学研究院学术委员会主任-杨雄里院士
但目前大众对于脑机接口技术的理解还并不深入,有所顾虑。
对此,中科院院士、复旦大学脑科学研究院学术委员会主任、中国脑科学计划的筹建者和推动者杨雄里院士,在峰会现场致辞中引用了英国诗人John Milton的话以作表态:“真理被比喻成一道流动泉水,如果泉水不永恒的流动就会腐化成一团顺从和因袭的泥潭,我们必须使自己的思想与时俱进。”
“穿越大脑与机器、大脑与身体、一个大脑与另一个大脑之间奔涌着的‘河流’的旅程已经开始,而跨越思想鸿沟的道路却依然漫长”。未来已来,让我们正视科技向善的力量、共同期待“脑机时代”的到来。
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