「北腦二號」發佈，入腦電極可長期穩定記錄大規模腦電信號

2024中關村論壇年會4月25日開幕，「北腦二號」作為重大成果之一發佈。「北腦二號」由自研高通量柔性微絲電極、千通道電生理記錄系統、實時編解碼算法等關鍵技術完成全鏈路系統構建，解決了大規模單細胞信號長期穩定記錄和實時解碼的國際前沿難題，這套系統已經在猴子顱內穩定植入將近一年，電極性能關鍵指標國際領先。

「北腦一號」正與醫院開展合作

人類的思想、情感、記憶和行動源於大腦近千億神經元有組織的電活動。用腦電活動控制動作，通過微小電流讓腦細胞和計算機之間「互動」，癱瘓患者就可以操作機械臂喝水……這些過去只出現在科幻小說里的場景，正在腦機接口技術的發展和應用中逐步走進現實。

腦機接口是各發達國家在腦科學與類腦研究領域科技競爭的高地，需要跨多個學科集成複雜系統，產業上下遊鏈路長，研發過程涉及電極、芯片、數據、算法、分析軟件、生物相容性材料等多個環節。

面向植入式腦機接口的國際前沿發展趨勢，北京市賽前分析謀劃，委託北京腦科學與類腦研究所牽頭製定「智能腦機系統增強計劃」，市財政和中關村發展集團出資成立北京芯智達神經技術有限公司，整合北京地區在電極、芯片、算法和臨床等跨學科優勢團隊，聚焦半侵入式採集腦皮層電信號的「北腦一號」和侵入式採集單神經元電信號的「北腦二號」，以抓型號的方式開展工程化開發。

北京芯智達神經技術有限公司業務發展總監李園說，根據採集信號不同深度，腦機接口分為無創和侵入式兩種。無創腦機接口是將電極貼在頭皮上，目前已經應用於娛樂、教育和大健康領域。比如採集到腦電信號非常興奮，會播放輕音樂助眠。

但大腦電活動的信號非常微弱，如果隔著腦膜、顱骨和頭皮傳遞，信號的損失非常多。為了完成更加精細的腦控，國際上的研究方向是侵入式的腦機接口。

「北腦一號」開發的是半侵入式的電極。一片比指甲蓋略大、薄如蟬翼的金色半透明薄膜電極貼片，柔軟如樹葉，將其植入顱內，與大腦皮層貼合，就能夠採集到大腦皮層的信號變化。

「北腦一號」智能腦機系統由電極、神經電信號採集設備、解碼計算機、外部控制設備等組成。目前，「北腦一號」已完成核心部件研發和動物實驗驗證，正在開展臨床研究。

「北腦二號」電極性能關鍵指標國際領先

和「北腦一號」不同的是，「北腦二號」開發的是侵入式的入腦電極。

李園說，腦組織非常柔軟，且隨著人的心跳、呼吸有節律地運動。以往硬質材料的電極鋼針植入後，對腦組織造成損傷引發炎性反應，並對電極進行包裹，長此以往，信號會減弱。目前的植入式電極採用柔性材料，極大降低對大腦產生的損傷，確保信號長期穩定採集。

「北腦二號」的核心組件包括自研高通量柔性微絲電極、千通道高速神經電信號採集設備、基於前饋控制的生成式神經解碼。其中柔性電極在猴子顱內穩定植入將近一年，仍然能採集到高質量信號；全球首創的基於前饋控制策略的神經解碼算法可以預判物體運動的位點，從而完成對運動目標的腦控攔截。

她播放了一段影片舉例。實驗猴子經過訓練，當它好奇伸手抓前方屏幕上運動的光標時，會獲得獎勵。此後，猴子進行開顱手術被植入「北腦二號」電極，它的手臂被固定後，條件反射使其頭腦中仍有抓光標的意圖，系統可以採集信號並解碼這一意圖，通過控制機械臂幫猴子完成光標攔截。「北腦二號」在全球首次實現獼猴通過意念控制對二維運動目標的腦控攔截。未來，這有望幫癱瘓患者在真實物理世界中實現對外部設備的控制。

李園說，目前，國家高性能侵入式腦機接口全鏈路打通的系統不多，「北腦二號」實現了全鏈路的核心技術和部件的自研。

新京報記者 張璐

編輯 張牽 校對 劉軍