一直以來，盡管腦機(jī)接口(BCIs)技術(shù)在治療疾病、語(yǔ)言康復(fù)、教育、人工智能交互、軍事等領(lǐng)域展現(xiàn)出來廣闊的發(fā)展前景，但基于非侵入性、基于頭帶的商業(yè)產(chǎn)品或微針的侵入性方法帶來的應(yīng)用有限、炎癥風(fēng)險(xiǎn)甚至對(duì)軟組織的不可逆損傷而受到限制。
近日，清華大學(xué)馮雪研究團(tuán)隊(duì)宣布開發(fā)出一種名為SpiralE BCI的腦機(jī)接口(傳感器)，即基于耳內(nèi)生物電子學(xué)的耳內(nèi)視覺和聽覺腦機(jī)接口。據(jù)悉，該傳感器由柔性材料制成，采用了螺旋設(shè)計(jì)，可以在電熱驅(qū)動(dòng)下自適應(yīng)地沿著耳道擴(kuò)展和螺旋，以確保保形接觸，從而不影響使用者聽力。
“腦機(jī)接口”的概念最早是在1973年提出的，出自加州大學(xué)洛杉磯分校一位教授發(fā)表了一篇名為《論直接的腦機(jī)交流》的論文。該論文正式提出了“腦機(jī)接口”的概念和定義，由此“腦機(jī)接口”正式成為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域。
近十年以來，由于人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，腦機(jī)接口也進(jìn)入到一個(gè)技術(shù)爆發(fā)的新階段。發(fā)展至今，腦機(jī)接口可以分為侵入式、非侵入式以及半侵入式三種。
其中，侵入式是把傳感器的電極直接植入大腦里面，用回路來替換大腦的部分神經(jīng)元，需要開顱手術(shù)完成植入;非侵入式是把傳感器的電極放在頭皮外面，類似大家現(xiàn)在做的心電圖;還有一種半侵入式，就是把電極放置進(jìn)頭皮或者顱骨，但還沒放入到大腦里。
但毫無疑問，侵入式、半侵入式都存在物理傷害，而非侵入式長(zhǎng)遠(yuǎn)來看是腦機(jī)接口技術(shù)普及應(yīng)用的主要技術(shù)方向，比如Meta等其他企業(yè)出于安全考慮更多地采用了非侵入式，試圖通過頭盔、腕表等穿戴式設(shè)備來實(shí)現(xiàn)腦機(jī)對(duì)接。
而清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)此次研發(fā)的技術(shù)方案也正是契合了非侵入式的腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展方向。基于SpiralE BCI技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的腦機(jī)解決方案，該解決方案由SSVEP-BCI和聽覺 BCI 組成，前者捕捉并解碼用戶的視覺腦電波，后者記錄并解碼用戶所聽到的聲音。
由于該傳感器采用“入耳式”設(shè)計(jì)，其的接觸面積較小(50 mm×3 mm)，因此可以在穩(wěn)定地記錄腦電圖的同時(shí)，減少與耳道內(nèi)壁的摩擦。而使用者只需要將傳感器插入耳道，即可讀取相應(yīng)腦電波信息，侵入性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同行的“顱骨貼片”設(shè)備。
在無標(biāo)定的40個(gè)目標(biāo)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)在線拼寫實(shí)驗(yàn)中，參與者在9個(gè)目標(biāo)的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP) BCI分類和目標(biāo)短語(yǔ)的離線正確率達(dá)到95%。
有趣的是，耳內(nèi)SSVEP表現(xiàn)出顯著的二次諧波趨勢(shì)，這表明在SSVEP研究中，耳內(nèi)傳感可能是研究諧波空間分布的補(bǔ)充。在雞尾酒會(huì)實(shí)驗(yàn)中，自然語(yǔ)音聽覺分類準(zhǔn)確率可達(dá)84%。SpiralE為設(shè)計(jì)3D柔性生物電子學(xué)提供了創(chuàng)新的概念，并有助于生物醫(yī)學(xué)工程和神經(jīng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，SpiralE BCI的解碼精度在95 %左右，信息傳輸速率(ITR)達(dá)到36.86±15.53比特/分鐘，證明了基于SpiralE構(gòu)建高效腦機(jī)接口的潛力。
據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，未來10年到20年腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)每年直接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)規(guī)模可達(dá)700至2000億美元。
雖然腦機(jī)接口相關(guān)技術(shù)還處于早期，但在應(yīng)用領(lǐng)域和商業(yè)價(jià)值方面的巨大潛力正為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈帶來機(jī)遇。這主要體現(xiàn)在兩大方面：一是為商用芯片、通信IP廠商打開全新市場(chǎng)空間;二是關(guān)注腦機(jī)接口芯片重要功能模塊無線通信的價(jià)值，基于低功耗、低延遲的藍(lán)牙、私有協(xié)議、UWB技術(shù)有望成為主流備選方案。
不過，聯(lián)合國(guó)教科文組織(UNESCO)也警告稱，目前包括大腦植入或掃描(腦機(jī)接口)在內(nèi)的神經(jīng)技術(shù)正經(jīng)歷“飛速發(fā)展”，可能會(huì)導(dǎo)致人工智能操控人類大腦，且該技術(shù)與AI的結(jié)合對(duì)“精神隱私”構(gòu)成了威脅。
