广州日报专访 | 琶洲实验室:让“脑机接口”从科幻走进现实

2024年1月10日
琶洲实验室
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《广州日报》2024年1月10日A5版

钻研“脑机接口”理论和技术17年,琶洲实验室常务副主任、脑机智能研究中心主任李远清教授从2019年开始产业化尝试。“‘脑机接口’正处于产业爆发的‘前夜’。”新的一年,李远清与团队将致力于让这个风口上的技术落到实际应用场景上,让科技成果“走出”实验室,“转出”高质量发展新动能。

“脑机接口”技术诞生于上世纪70年代,经历近半个世纪的发展,如今已能实时捕捉大脑复杂神经信号,并用以控制外部设备,为“人机融合”的未来打开无限想象空间。

头戴一条多模态脑机头环,研究人员不需要动手或开口,就能通过目视平板电脑轻轻眨眼,或控制护理床的升降和翻动,或控制房间里的电视电灯空调,或控制轮椅移动、指挥机械臂为自己递来水杯……在琶洲实验室的脑机智能研究中心,人脑思维控制外部物体的“科幻场景”已大步走进现实。

“脑机AI智慧病房”已在多家医院投入试用

“脑机接口,简单来说就是在人脑和外部环境之间搭建一条交互通道,可以实现信息交互,也可以用作控制,或实现相互影响。”李远清介绍。近几年,这项略带科幻色彩的技术跃上风口,“人们发现它可能解决一些过去用传统方法难以解决的问题,例如难治性精神疾病干预、高位截瘫病人辅助等突破性应用。”

琶洲实验室脑机智能研究中心的“脑机AI智慧病房”不只是科研项目,它已在广东省工伤康复医院、中山三院等多家医院的康复科投入试用,让肢体障碍患者“眨眨眼”就能“自主翻身”。

研究人员正在测试“脑机AI智慧病房”系统的性能

记者在实验室看到,一位研究人员正在测试其系统性能,他头戴一条细细的多模态脑机头环平躺在护理床上,移动脑机AI鼠标到平板电脑上的“背板上升”按钮,然后轻轻眨眼完成选择,护理床便开始帮其慢慢坐立起来。患者用同一个方式,可以控制护理床12个不同的功能性按钮,以帮助自己翻身、抬腿,还可以开关电视选节目、给空调调温度、开关电灯等。

李远清介绍,“脑机接口”技术从实验室走进病房等不同应用场景,一是要完成复杂任务,二是准确度要高、反应要快,因此他推进的是多模态脑机交互研究。作为最早开展该领域研究的科学家之一,他带领团队研发的成果在国内外处于领先地位。

在“脑机AI智慧病房”这个产品中,患者佩戴的多模态脑机头环可以采集眼电信号、脑电信号、头动信号等多模态信号,计算机融合分析这些信号,从而实现复杂的环境控制。

寻找病患“真痛点”团队“泡”在医院

这条让“脑机接口”技术走出实验室的路,经历了不少艰辛。2012年,李远清和广州军区总医院神经康复科虞容豪教授团队交流,发现“脑机接口”技术可以用于促进植物人意识恢复。从此,李远清团队切入了医疗赛道,也开展了“脑机接口”技术的其他临床应用研究,如颈椎损伤高位截瘫患者运动功能辅助、中风患者运动功能康复等。

“研发最重要的原则,是目标导向。肢体障碍患者最大的痛点是什么?”当时还在读博的琶洲实验室研究员黄骐云一开始从事的是轮椅机械臂系统的开发,这个系统可以让肢体障碍患者控制轮椅移动和抓取物品。团队经过多年攻关完成开发后,黄骐云却发现这个系统尽管在“脑机接口”控制精度上做到了世界先进水平,却与实际应用要求存在差距,难以适应狭窄的病房环境。“我们‘泡’在医院,跟医护专家、病人、病人家属乃至护工进行了充分沟通,了解他们更大的期待是什么。不少病人跟我们说,他们在病房很无聊,希望电动护理床、电视、空调能自己控制就好了。”

脑机AI智慧病房

于是,团队将工作重心放在了基于“脑机接口”的“脑机AI智慧病房”的搭建上,不仅开发出患者期望的功能,还能让患者通过平板电脑来上网看新闻、发微信、玩游戏。“有高位截瘫长期卧床的病人反馈说,用上智慧病房后,心情都变好些了。”

李远清介绍,为推进更多“脑机接口”技术产品走出实验室,团队成立了华南脑控(广东)智能科技有限公司。他相信,“脑机AI智慧病房”和“脑机AI轮椅”未来一定能走进寻常百姓家。

“脑机接口”处于产业爆发的“前夜”

除了辅助肢体障碍患者,“脑机接口”技术也在监测和干预精神心理疾病上展现了极大的前景。在琶洲实验室,一位研究员正在调试“经颅刺激+脑电”系统,希望提升抑郁症经颅磁刺激疗法的效果。

研究人员正在调试“经颅刺激+脑电”系统

产品更为成熟的冥想“脑机接口”交互系统则在日常的冥想训练中增加了实时反馈功能,该系统通过脑机头环监测佩戴者的大脑状态是否专注,实时反映在大屏幕上的火苗大小或海浪高低变化中,以达到改善情绪、改善睡眠、舒缓压力的效果。

冥想“脑机接口”交互系统

此外,一款利用“脑机接口”预防疲劳驾驶的机器也在研发中。黄骐云在模拟驾驶室中开动汽车,头上的脑机头环采集其脑电信号,系统一旦判断司机疲劳驾驶,将发出警示声。“目前,这个科研项目已与长途货运公司达成合作协议。”他介绍。

预防疲劳驾驶系统融合脑电和图像等多模态信号,实现了对驾驶员疲劳状态的实时检测及预警

李远清认为,“脑机接口”处于产业爆发的“前夜”,从这轮竞争中突围而出的关键是,有实力的研发团队、商业团队乃至资本等不同要素的有机融合。在他看来,琶洲实验室提供了一个很好地对接科研资源、产业资源和金融资源的平台。新年伊始,广东省、广州市和海珠区各级政府及依托单位华南理工对琶洲实验室进行了明确定位,琶洲实验室未来的工作重点是做好科技成果转化和产业化,以科技自立自强之进,加快实现高质量发展动能新跃升。李远清介绍,今年琶洲实验室将围绕智能制造、智慧医疗、智慧健康、智慧能源、智慧城市等重大领域研发关键技术,并实现人工智能技术成果的规模化应用,与多家人工智能龙头企业共建联合研发中心,让一批科技成果实现转化和产业化,支撑经济社会高质量发展。

文/广州日报 记者:方晴

图/广州日报 记者:王维宣