“北脑二号”发布，入脑电极可长期稳定记录大规模脑电信号

2024中关村论坛年会4月25日开幕，“北脑二号”作为重大成果之一发布。“北脑二号”由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完成全链路系统构建，解决了大规模单细胞信号长期稳定记录和实时解码的国际前沿难题，这套系统已经在猴子颅内稳定植入将近一年，电极性能关键指标国际领先。

“北脑二号”的千通道高速神经电信号采集设备。受访者供图

“北脑一号”正与医院开展合作

人类的思想、情感、记忆和行动源于大脑近千亿神经元有组织的电活动。用脑电活动控制动作，通过微小电流让脑细胞和计算机之间“互动”，瘫痪患者就可以操作机械臂喝水……这些过去只出现在科幻小说里的场景，正在脑机接口技术的发展和应用中逐步走进现实。

脑机接口是各发达国家在脑科学与类脑研究领域科技竞争的高地，需要跨多个学科集成复杂系统，产业上下游链路长，研发过程涉及电极、芯片、数据、算法、分析软件、生物相容性材料等多个环节。

面向植入式脑机接口的国际前沿发展趋势，北京市前瞻谋划，委托北京脑科学与类脑研究所牵头制定“智能脑机系统增强计划”，市财政和中关村发展集团出资成立北京芯智达神经技术有限公司，整合北京地区在电极、芯片、算法和临床等跨学科优势团队，聚焦半侵入式采集脑皮层电信号的“北脑一号”和侵入式采集单神经元电信号的“北脑二号”，以抓型号的方式开展工程化开发。

北京芯智达神经技术有限公司业务发展总监李园说，根据采集信号不同深度，脑机接口分为无创和侵入式两种。无创脑机接口是将电极贴在头皮上，目前已经应用于娱乐、教育和大健康领域。比如采集到脑电信号非常兴奋，会播放轻音乐助眠。

但大脑电活动的信号非常微弱，如果隔着脑膜、颅骨和头皮传递，信号的损失非常多。为了完成更加精细的脑控，国际上的研究方向是侵入式的脑机接口。

“北脑一号”开发的是半侵入式的电极。一片比指甲盖略大、薄如蝉翼的金色半透明薄膜电极贴片，柔软如树叶，将其植入颅内，与大脑皮层贴合，就能够采集到大脑皮层的信号变化。

“北脑一号”智能脑机系统由电极、神经电信号采集设备、解码计算机、外部控制设备等组成。目前，“北脑一号”已完成核心部件研发和动物实验验证，正在开展临床研究。

“北脑二号”电极性能关键指标国际领先

和“北脑一号”不同的是，“北脑二号”开发的是侵入式的入脑电极。

李园说，脑组织非常柔软，且随着人的心跳、呼吸有节律地运动。以往硬质材料的电极钢针植入后，对脑组织造成损伤引发炎性反应，并对电极进行包裹，长此以往，信号会减弱。目前的植入式电极采用柔性材料，极大降低对大脑产生的损伤，确保信号长期稳定采集。

“北脑二号”的核心组件包括自研高通量柔性微丝电极、千通道高速神经电信号采集设备、基于前馈控制的生成式神经解码。其中柔性电极在猴子颅内稳定植入将近一年，仍然能采集到高质量信号；全球首创的基于前馈控制策略的神经解码算法可以预判物体运动的位点，从而完成对运动目标的脑控拦截。

她播放了一段视频举例。实验猴子经过训练，当它好奇伸手抓前方屏幕上运动的光标时，会获得奖励。此后，猴子进行开颅手术被植入“北脑二号”电极，它的手臂被固定后，条件反射使其头脑中仍有抓光标的意图，系统可以采集信号并解码这一意图，通过控制机械臂帮猴子完成光标拦截。“北脑二号”在全球首次实现猕猴通过意念控制对二维运动目标的脑控拦截。未来，这有望帮瘫痪患者在真实物理世界中实现对外部设备的控制。

李园说，目前，国家高性能侵入式脑机接口全链路打通的系统不多，“北脑二号”实现了全链路的核心技术和部件的自研。

新京报记者 张璐

编辑 张牵 校对 刘军