打通技术链 补全人才链 促进脑机接口科技成果转化应用
新质生产力是创新起主导作用，摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径，具有高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的先进生产力质态，并强调科技创新能够催生新产业、新模式、新动能，是发展新质生产力的核心要素；必须继续做好创新这篇大文章，推动新质生产力加快发展。脑机接口作为塑造未来产业的颠覆性技术，是实现生物智能与机器智能融合的关键，是完整覆盖“四个面向”的新质生产力代表。
推进新型工业化，脑机接口将发挥重要作用
作为一种新型的人机交互技术，脑机接口通过采集大脑在思维活动时产生的神经电信号，提取解析信号特征，进而识别大脑意图并输出指令，实现大脑与外部设备间的交流与控制。
在推进新型工业化进程中，智能化、数字化、网络化是核心特征，脑机接口通过构建人脑与机器间的直接信息通路，突破了传统人机交互的生理限制，可将工业生产从“机械执行”升级为“智能协同”，应用场景可从实验室延伸至高端制造、能源勘探、航空航天等战略性产业，有望成为推进新型工业化的底层技术支撑。同时，脑机接口技术融合医学、计算机、材料科学等十多个学科前沿，为技术链和产业链的深度耦合提供了突破口。脑机接口底层技术创新需要突破生物兼容电极材料、高密度信号采集芯片等“卡脖子”问题，产业化落地需构建从脑信号解码算法到智能装备制造的完整技术链。脑机接口能有效串联基础研究、技术转化与产业应用三大环节，将在推进新型工业化进程中发挥重要作用。
脑机接口在医疗健康、消费电子、军事航天等多个领域均展现出巨大的应用前景和市场潜力。近年来，欧美等西方国家已投入重金发展脑机接口技术。自上世纪70年代起，美国国防部高级研究计划局便大力支持脑机接口技术的发展，相继启动“无声对话”“阿凡达”“神经工程系统设计”“N3”“电子处方”等多个项目。包括Neuralink、Kernel和Facebook在内的众多美国科技公司先后投入各类相关技术和产品的开发。2008年和2013年，欧盟分别启动了名为“脑机交互工具”和“脑机交互的未来：地平线2020”的研究计划。
脑机接口一旦实现产业化以及规模化应用，必将为人类生产生活方式带来颠覆性变革，其发展必将成为影响未来世界经济周期的重要变量之一，也是影响未来世界经济格局的一大重要因素。因此，突破脑机接口技术封锁，发展自主可控的脑机接口关键技术与核心元器件事关我国新型工业化发展和国家经济安全。
脑机接口潜力巨大，但面临诸多技术创新与产业化挑战
从技术角度讲，脑机接口根据采集信号时电极位置和方法，可以分为侵入式和非侵入式两大类。我国的脑机接口技术研发和应用在整体上可以说处于世界第一方阵。但是，由于脑机接口的研究领域非常广泛、包含不同赛道，因此很难脱离具体赛道和细分领域来评判技术优劣与领先程度。总体来看，对于非侵入式脑机接口技术而言，我国基本上保持着与国际最先进水平同步的水准；而对于侵入式脑机接口技术，我们目前在一些关键器件上还有差距，但差距在快速缩小，我国的科研团队在持续发力，在新的科研范式和创新研究领域竞相布局。
侵入式脑机接口通过有创的方式将功能器件放置于人体内。无论是头皮下还是颅骨下、血管内，都需要产生某种创口置入人体内来监测人脑的各种信号。总体来看，国外的侵入式神经电极和芯片已形成较为成熟的商业化产品。国内方面，首都医科大学附属北京天坛医院、中国科学院半导体研究所等相关研究机构陆续研制了颅内连续脑电监测的柔性可拉伸电极、硅基神经电极和柔性神经电极，但电极通道数、记录时长尚小于国外产品。复旦大学、中国科学院空天信息创新研究院、北京理工大学等单位在神经电生理信号检测、数字化和无线通信集成芯片研制方面正在持续发力，但国内研究成果距离成熟的集成化芯片仍有一段距离。
目前，侵入式脑机接口应用主要集中在医疗健康领域。瑞士洛桑联邦理工学院从时、频、空三个维度实现了对患者运动意图的实时解码；美国加州大学的团队实现了从皮层脑电到发音运动，最终转化为可听语音的解码；美国Neuralink公司通过侵入式脑机接口进行脑控玩游戏等应用研究；美国国防部高级研究计划局还针对侵入式脑机接口启动了神经工程系统设计项目，开展对感觉恢复方面的研究，主要包括视觉、语言、听觉方面的功能。国内在侵入式脑机接口应用方面也逐步开展研究，如浙江大学实现了基于侵入式脑机接口的截瘫患者脑控机械臂应用；清华大学团队开发了可放置在大脑感觉运动皮层上的无线、小侵入性脑机接口系统，帮助脊髓损伤的瘫痪患者恢复手部运动，实现控制光标、轮椅、自主喝水等运动；复旦大学附属华山医院及其合作团队先后开展高精度实时运动解码和语言解码临床试验，实现了“脑控”智能设备和“意念对话”。
形象地说，侵入式脑机接口是一种“兵临城下、破墙而入”的监测方式，优势在于得到的信号质量优秀，劣势则是生物相容性和安全性都存在一定的挑战。更为关键的是，大脑约有860亿个神经元，通过超过100万亿个突触连接，这样无时无刻不在活动的神经网络迫切需要全脑性监测。然而实际上，侵入式脑机接口技术要做到全脑性监测的难度非常大。
相比之下，非侵入式脑机接口采用“隔墙有耳”的检测方式，通过附着在头皮上的传感器件来检测大脑发出的微弱信号。其优点是无创和更高的相容性，能更为安全地监测全脑信息，适用于更广泛的人群。其缺点也显而易见，非侵入式脑机接口通过声、光、电等各种途径监测大脑发出的极微弱的信号，对工程的感知处理能力的要求非常高，需要通过更好的技术手段、更先进的感知技术和更优的解码技术，抽丝剥茧地将微弱的信号解析出来。欧美等国最早将非侵入式脑机接口技术应用于军事领域，目前相关应用成果正向民用领域溢出，且在国家资助下面向医疗、消费等领域实现应用。比如，在美国国家科学基金会的支持下，美国明尼苏达大学开发的混合型运动想象脑机接口系统，能够有效帮助脊髓损伤患者恢复运动功能；美国国家卫生研究院资助的Neurable公司开发了一款Enten头戴式脑机接口设备。
近年来，国内在非侵入式脑机接口关键技术及系统应用上的发展态势较好，取得了并跑甚至部分领跑的优秀成果。如面向临床领域，天津大学自主研发了全球首台人工神经康复机器人系统“神工”系列，清华大学团队为“渐冻人”王甲打造了一款非侵入式脑机接口打字系统；面向特种领域，天津大学不仅研发了4自由度12指令脑控无人机系统，还研制出了国际首套空间站在轨脑机接口系统，应用于2016年“天宫二号”和“神舟十一号”载人飞行任务。然而，国内针对重大技术攻关与成果转化的专项资助仍相对不足，资助年限较短、力度不大，难以满足成果转化的需求，导致国内系统应用多为科研院所与高校的实验探索或处于临床测试阶段。总体而言，我国非侵入式脑机接口正处于技术爆发期，已具备应用转化的巨大潜力，亟待市场需求发展的推动和产业能力提升的牵引。
尽管在脑机接口技术及应用上取得了一定进展，但目前我国在脑机接口领域还面临诸多产业化及技术创新方面的挑战。
第一，我国脑机接口企业缺乏健全的技术链、完整的人才链，导致产业化能力较弱。脑机接口综合了医学、计算机、电子、机械、材料等多个学科的最先进理论与前沿技术，是一项重仓技术，其技术链条相对较长，其中任何一个环节的技术短板都会阻碍其产业化进程。但与此同时，脑机接口又是一个新兴的技术领域，国内市场中流动的相关专业人才缺口非常大。这导致小规模企业难以建立完整的人才链和技术链来研发高质量、系统级的脑机接口产品。
第二，脑机接口研究对原始创新和重大应用关注不足。受到资源和人才不足等因素限制，国内脑机接口技术创新能力较差，大部分工作是对现有技术的低端重复、小幅改进的“跟随式创新”，或者是对相同技术进行多次复用的“换场景式创新”，而对颠覆性的引领技术缺少深度思考与探索。此外，由于大部分企业尚处于初创期，企业规模较小，相关工作存在应用场景过小过窄、应用效益不突出等问题。同时，国内脑机接口市场主要以低端的处理软件和采集硬件为主，且最底层的基础元器件依赖进口，开源平台数量不足，市场规模占全球比重不足10%。
第三，目前媒体报道缺乏规范，过度夸大炒作可能会引发脑机接口科技泡沫。由于对脑机接口的专业性缺乏正确认识，国内报道多次出现夸大式宣传，或者将一些无关成果套上脑机接口概念来吸引公众眼球。媒体的过度炒作可能会带来对脑机接口技术发展的错误引导和科技泡沫，过度消费社会认知与民众信心，影响脑机接口产业长远的可持续发展。
多措并举，有效推动脑机接口技术应用与产业创新
脑机接口领域的发展过程应是从有创到无创，再到无感。现阶段脑机接口领域取得的进展可能只是脑机接口的过渡态，终极脑机接口形态尚未出现。目前，脑机接口发展的关键在于是否有好的技术，且能否找到适合技术落地的场景。未来可预期的是，人们将在几乎没有感觉的前提下进行自然的人机交互，即“未来自然的脑机交互”。届时，脑机接口将被更普遍的人群接受，真正造福大众。
为推动脑机接口领域发展，更好实现脑机接口普惠于民，建议采取以下举措。
一是尽快打通技术链、补全人才链，打造脑机接口产业链高质量发展的可靠底座。针对当前我国脑机接口技术链不全、人才链短缺、产业能力弱等问题，需要引导高水平大学通过交叉学科设置等方式积极打造我国脑机接口人才培养基地，培育高质量复合型人才。通过鼓励国有企业发挥担当精神，与高校共建高水平科研创新平台，推进形成产学研一体化模式，承接脑机接口领域重点攻关任务，解决产业化落地难题，逐步建立起健全、健康的脑机接口产业链。
在补全人才链方面，天津大学及其合作单位在人才培养、科学研究等方面持续发力，于2024年开设了全国首个脑机接口专业方向并正式招生，希望以此为契机，带动脑机接口及相关行业尽快补全人才链，构筑脑机接口产业链高质量发展的可靠底座，提高脑机接口产业化能力。在打通技术链方面，天津大学主动融入国家发展战略，培育产学研用一体的全产业链集群，牵头推动先进医用材料与医疗器械全国重点实验室、脑机交互与人机共融海河实验室等国家级省部级平台在津落地，并与天津市环湖医院合作全国首个脑机接口综合临床试验病区，积极服务天津市经济社会发展。
二是强化非侵入脑机接口技术创新和引领，关注重大工程应用和转化问题。相对侵入式技术的伦理和安全风险，非侵入式脑机接口安全、便捷、成本低廉，具有广阔的应用前景。我国非侵入式脑机接口具备较好的技术积累，正处于引领新一代技术、加速产业化进程的重要机遇期。现阶段，应避免简单跟随式和换场景式的低端重复研究，攻关技术发展的痛点难点，开展具有原创性和颠覆性的前沿技术探索。围绕重大工程应用转化需求，加强非侵入式脑机接口工程技术研究，推动完善产业化、体系化发展途径，加速我国在脑机接口领域实现换道超车。
天津大学脑机交互与人机共融海河实验室团队聚焦无创脑机接口领域，持续推动科技创新与产业化落地。目前，已形成从高性能的器件、芯片、算法、平台，到系统集成和关键底座与应用集于一体的全链条布局。在临床应用领域，天津大学研制的“神工”脑机交互创新医疗器械全谱系产品相继问世，逐步覆盖脑卒中康复、脊髓损伤运动辅助、抑郁诊疗、听觉障碍诊疗等临床场景应用。在航空航天领域，设计开发五代空间站在轨脑机交互系统，完成人类首次“太空脑机接口实验”，并相继在后续多次载人飞行任务中取得重要应用，服务于航天员功能状态与情绪状态等精准检测，实现了航天员的效能增强，为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供关键技术支撑。在市场化消费级融合产品研发应用方面，发布我国首个脑机接口领域综合性开源软件平台Meta脑机接口，已被美国加州大学、北京大学等国内外100余家单位使用，下载量超万次；与华为合作开发基于脑机交互的新型娱乐游戏，搭建横跨医疗、教育、娱乐、国防、交通等领域的智能生态产业平台。
三是规范媒体报道，严防脑机接口“四化”，规避科技泡沫风险。需要相关政策引导和规范与脑机接口相关的宣传报道，强调客观、深度、全面的信息传递，避免媒体片面炒作化、夸大化、概念化、玩具化脑机接口的作用。同时，建立面向社会公众的科学技术普及的权威窗口，及时纠正可能存在的误导性陈述，引导公众科学对待脑机接口研究成果，从而有效规避脑机接口科技泡沫风险。
天津大学将深刻把握新时代新征程推进新型工业化的基本规律，积极主动适应和引领新一轮科技革命和产业变革，把高质量发展的要求贯穿新型工业化全过程。持续加大创新力度，突破脑机接口技术应用，培育壮大新兴产业，为推进新型工业化贡献高校力量。
本文来源：脑机交互与人机共融海河实验室
