復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院醫(yī)生與科研人員在討論患者植入的立體定向腦電圖電極情況。睿寧攝

【科學(xué)補(bǔ)給站】

近日，上海巖思類腦人工智能研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“巖思類腦”）聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“華山醫(yī)院”）、國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)腦機(jī)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(yǔ)的患者提供更好治療方案。

這一重大突破標(biāo)志著我國(guó)在腦機(jī)接口語(yǔ)言解碼領(lǐng)域，特別是針對(duì)中文這一復(fù)雜語(yǔ)言系統(tǒng)的研究走在國(guó)際前沿，未來(lái)這一系統(tǒng)還能適用于各種不同語(yǔ)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(shí)，意味著一位癲癇患者通過(guò)腦電大模型，讓大腦的思維直接轉(zhuǎn)化為了可被聽(tīng)見(jiàn)的話語(yǔ)。這不是科幻電影中的場(chǎng)景，而是我國(guó)腦機(jī)接口中文解碼取得臨床突破的真實(shí)畫(huà)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(huì)深入不同腦區(qū)，捕捉大腦思考時(shí)產(chǎn)生的腦電信號(hào)，并將它們輸入腦電大模型。當(dāng)患者“閱讀”中文單詞時(shí)，在與腦部電極相連的電腦顯示屏上，腦電大模型會(huì)以驚人的速度解讀這些腦電信號(hào)，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(shí)100分鐘進(jìn)行模型訓(xùn)練，朗讀了54個(gè)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(guò)拆解聲母、韻母等語(yǔ)音元素，再進(jìn)行智能排列組合，能衍生出近2000個(gè)常用漢字的表達(dá)能力。

相比英文26個(gè)字母的解碼，中文“418個(gè)音節(jié)+4個(gè)語(yǔ)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(gè)完整的中文語(yǔ)句，而且這個(gè)語(yǔ)句的字?jǐn)?shù)是沒(méi)有限制的。”巖思類腦首席科學(xué)家李孟說(shuō)，“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(gè)聲母的解碼準(zhǔn)確率超83%，15個(gè)韻母的解碼準(zhǔn)確率超84%。”

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

這一突破，相當(dāng)于為腦機(jī)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(yǔ)義表達(dá)。未來(lái)，因漸凍癥、卒中等疾病失語(yǔ)的患者借助臨床植入的腦機(jī)接口設(shè)備，有望像普通人一樣自然交流，實(shí)現(xiàn)說(shuō)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(kù)

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

“從臨床角度看，腦機(jī)接口最大的價(jià)值不在于概念演示。我們最終的目標(biāo)是讓患者重新動(dòng)起來(lái)、走起來(lái)、說(shuō)出來(lái)，從而提高他們的生存質(zhì)量?！比A山醫(yī)院院長(zhǎng)毛穎說(shuō)。

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(guó)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。“腦機(jī)接口是強(qiáng)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(duì)接?！泵f說(shuō)。

上海腦機(jī)接口未來(lái)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(yàn)證平臺(tái)和檢測(cè)認(rèn)證基地，形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)閉環(huán)，推動(dòng)腦機(jī)接口從“科學(xué)實(shí)驗(yàn)”快速轉(zhuǎn)化為“普惠應(yīng)用”。

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

腦機(jī)接口技術(shù)的核心在于解碼腦電信號(hào)，高價(jià)值信號(hào)源于真實(shí)臨床環(huán)境中患者大腦的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。毛穎介紹，腦電大模型的突破正是源自對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的長(zhǎng)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(guó)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(kù)，實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)院和設(shè)備數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接與高效共享。

運(yùn)行多年來(lái)，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(duì)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(kù)的價(jià)值已超語(yǔ)言解碼本身，聯(lián)盟將其打造成開(kāi)放共享平臺(tái)，將其變?yōu)橥苿?dòng)整個(gè)腦機(jī)接口領(lǐng)域進(jìn)步的公共資源，加速推動(dòng)腦機(jī)接口產(chǎn)品從“能用”到“好用”的跨越。

這一開(kāi)放共享平臺(tái)還為多領(lǐng)域研究提供支撐，可探索大腦對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)、情感信號(hào)的編碼，未來(lái)甚至能助力理解藝術(shù)創(chuàng)作時(shí)的大腦活動(dòng)。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)探索的多個(gè)大腦區(qū)域協(xié)同編碼機(jī)制適用于多種語(yǔ)言解析，未來(lái)這套系統(tǒng)既能幫助中國(guó)患者說(shuō)中文，也可助力外國(guó)患者使用英語(yǔ)、日語(yǔ)等，使腦機(jī)接口技術(shù)突破具有全球意義。