给大脑配个“快译通”
□ 本报记者杨易臻
在推动科技创新和产业创新融合上打头阵。——摘自省委《建议》
在苏州高新区的一间实验室里,屏幕上清晰显示一只小鼠大脑深处毛细血管的实时影像,在直径最细仅7微米的毛细血管内,血流轨迹清晰可见。这正是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(下称“苏州医工所”)团队自主研发的无创脑机接口技术成果。
脑机接口被称为大脑和机器之间的“翻译官”。无创脑机接口由于安全、便捷的特性,应用场景更为普遍,这也是苏州医工所团队主攻的方向。如何让这一前沿技术走向产业实践?苏州医工所的科研团队正通过跨学科的协同攻关,推开阻碍脑机接口落地的“三道门”。
无创脑机接口要想走进临床,第一道门槛是“采集难”。传统柔性电极是块状或膏状,在佩戴时容易脱落,且患者还需忍受剃发的心理负担。苏州医工所生物材料与干细胞研究室研究员李天独辟蹊径,研发出基于天然明胶的温控相变导电凝胶。
李天打了个生动的比方:“大家都吃过的猪皮冻,室温下是液体,低温环境中会凝结成固体。”团队研发的材料加热后呈液态,能轻松浸润头皮;常温下会迅速转变为固态凝胶,牢牢“抓”住头皮与电极。由此,使用者不需要剃发,电极也能避免运动干扰,显著提升佩戴舒适度与便捷性。数据显示,运动状态下,该材料采集信号的信噪比较传统商用电极提升超100倍,信号质量大幅优化。
“在VR游戏、脑控轮椅乃至康复训练等需要活动的场景中,依然能获取清晰的脑电信号,无需耗费大量算力进行降噪处理。”李天说。目前,该材料正处于实验室向临床转化的验证阶段,团队已与医院合作开展人体安全性验证。
解决了“采集”的问题,还要解决“看得深”的难题。要实现无创探测,坚硬的颅骨是横亘在科研人员面前的又一道门槛。苏州医工所医学影像研究室张雅超研究员团队正瞄准“硬骨头”难题,聚焦超声与光学全脑成像前沿领域,开辟创新的技术路线。
得益于近年来“超快超声成像”技术的突破,超声兼具极佳的穿透深度与微米级的空间分辨率,能以毫秒级速度捕捉大脑深处微血管的波动,从而反推神经活动。“在使用造影剂的情况下,我们已能清晰捕捉到直径仅有7到10微米的小鼠毛细血管中单个微泡的流动。”张雅超说。该团队已获批2025年江苏省前沿技术项目,目前正在攻关集成512阵元的“调控—超分辨成像—光声分子影像”三位一体平台。相关成果有望在苏州当地企业转化,形成面向科研场景的专用设备。
张雅超团队成员平均年龄不到35岁。随着脑机接口被列入前沿性未来产业,这群青年科研人员深受鼓舞。“进行脑机接口的研究,涉及光学、超声与算法跨学科领域,前期投入巨大。得益于江苏省的项目资金支持,团队研究得以持续推进、不断突破。”
当大脑信号被精准采集,如何将其翻译为指令,帮助患者重建功能?这是科学家面临的第三道门槛。
在传统无创脑电解码中,科研人员隔着头皮采集到的信号模糊不清,很难精准定位是哪个神经元在活动。对此,苏州医工所生医工人工智能研究室主任戴亚康团队将磁共振技术引入无创脑电系统,自主研发了“脑电—磁共振融合高时空编解码系统以及高时空分辨闭环神经调控系统”。
“先利用磁共振设备描画出一张精准的‘大脑地图’。”戴亚康解释道,“当脑电帽测到信号后,再利用‘地图’进行推导,这样就能达成对大脑皮层神经活动信号的精准定位与编解码。”
在戴亚康团队的实验室,记者看到了团队研发的最新款无线可穿戴脑电采集系统。当肢体瘫痪的卒中患者在大脑中进行“运动想象”时,系统能精准解码患者意图,并借助VR眼镜驱动虚拟手臂做出相应动作,帮助患者激活大脑的神经可塑性。目前,该产品已经落地转化,可用于癫痫与卒中等疾病诊疗及脑科学研究。
除了技术攻关,戴亚康还在为脑机接口产业的规范化奔走。2024年下半年开始,在中国脑机接口产业联盟牵头组织下,团队参与编写了全国首个穿戴式脑机接口团体标准。
“脑机接口的发展已经到了技术成熟的转折点,即将进入行业和产业领域,实现对社会经济价值的赋能。”戴亚康认为,穿戴式脑机接口团体标准的推进,可大幅提升产品质量、推动技术创新、规范市场秩序,促进脑机接口产业健康可持续发展。
记者手记>>>
培育未来产业,不仅需要攀登科学高峰的勇气,更需要学科之间的融合以及贯通产业链条的耐心。苏州医工所3个团队的协同攻关,勾勒出江苏推动科技创新和产业创新融合的清晰路径:以解决产业痛点为导向,让科研扎根真实需求;以跨学科融合为支撑,破解科研与工程瓶颈;以标准化引领为保障,加速产业生态构建。当实验室的科技成果真正转化为病床前的康复希望,前沿科技便有了最动人的温度。
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