明東:“腦語密碼”破譯者

2019-12-25 16:41:56 來源: 科技日報 作者: 陳曦

陳曦

“如果把大腦信號的密碼比作密碼本,那將是一本厚厚的字典,我們現在能夠看到的,僅僅是這本字典第一頁的前幾行字,未來可以通過人機融合達到人體效能增強,機器可以成為我們身體密不可分的一部分?!?/p>

天津腦科學與類腦研究中心主任、天津大學醫學工程與轉化醫學研究院院長明東就是這個破譯“大腦密碼”的人。他和團隊歷經十幾年的技術攻關,終于實現了我國腦—機接口關鍵技術的突破。在獨立研發、自主可控的路上,明東團隊走在創新的最前列,他們獨立研發的無創腦—機接口技術,保持著迄今3項性能指標最高的世界紀錄。

幫助病人,研究腦—機接口技術的初心

1994年,山東煙臺,18歲的明東在高考中取得了660分的優異成績,這個分數已遠遠超過了清華北大在山東的錄取分數線,但他選擇的卻是心儀已久的中國高等教育“原點”——天津大學,并以當年入校最高分進入到了當時最熱門的生物醫學工程專業學習。

讀博期間,他前往香港大學醫學院矯形與創傷外科學系進行聯合培養,看到許多截癱患者后期康復治療非常困難,往往醫生也束手無策,于是萌發了幫助神經損傷患者建立新的人工運動神經通路,使其重獲運動能力的想法。

2004年8月,明東博士畢業,盡管收到了多所國外名校的博后邀請,但導師語重心長的期待他留下的一番話還是讓他毅然選擇扎根祖國、留在母校當一名教師和開拓者,立志讓腦-機接口這項創新技術擁有中國話語權。

在一間不足10平方米的小房間里,明東的研究起步了。課題經費緊張,實驗條件簡陋,就連必需的實驗儀器和科研設備都要四處去借。明東回憶說,搞科研就是一個不斷試錯的過程,既煎熬又焦慮,后面的一點小突破,往往都是積累到一定程度的必然。

2014年,“神工”系列人工神經機器人系統終于研制成功,在天津、山東多家三甲醫院進行了成百上千例的康復測試。中風偏癱患者在“神工”幫助下,可以“所思即所動”,反復訓練后起立行走、拿筆書寫,逐漸康復。

“神工”系列設備仍在不斷進化,預計“腦語者”芯片應用后,“神工”系列將如虎添翼,患者將不再需要依賴外部終端就能實現康復功能。速度更快,功能更強,帶來更加高效的腦信息檢測方式,更加拓展的腦—機交互帶寬和解碼精準性。

大顯身手,改變未來的勇氣沒有上限

實現了最初的夢想后,明東在人腦神經信號與外部機器之間連接領域,朝著更遠的一個個目標跋涉。2016年,天宮二號和神舟十一號載人飛行中,兩位航天員完成了一項頗具科幻色彩的前瞻性實驗:人類歷史上首次太空腦—機交互。這套神奇的實驗系統研制正是由明東團隊與中國航天員中心合作完成。

“上天設備既要照顧到荷載限制,又要在太空全部完成主動式、被動式、反應式3種主流范式的任務,系統要求重量小、性能高、更集約?!泵鳀|又考慮把功能更強大的腦—機編解碼集成芯片作為研究方向。

明東說:“我們未必能改變未來,但是至少要有改變未來的勇氣?!庇布?、芯片、算法、傳感、編碼、優化……一個個困難和瓶頸如影隨形,基于獨立研發和國產可控,很多實驗儀器和技術集成都需要自己打造,越前進越能發現一切都是全新的,無章可循,無矩可蹈。為了實現目標,唯有反復探索實踐。

終于,在2019第三屆世界智能大會上,“哪吒”橫空出世,技驚四座。它展示了世界首款腦—機編解碼集成芯片——“腦語者”,能夠采用先進的機器學習算法,對極微弱腦電特征進行精細分辨與快速解碼。目前系統輸出一個指令僅需1.7秒,首次實現了一個108個字符的高速腦—機交互系統,也創造了目前頭皮腦電BCI在線控制最大指令集的世界紀錄。

目前,腦—機接口領域已經成為世界各大科技強國的競技場,技術發展迅猛,幾年內腦—機交互核心性能就提升了10倍。說到腦—機交互的明天,明東充滿期待地說,從智能而來,到智能而去。未來不是人工智能取代人,而是通過互聯互通讓它成為人的一部分,毫無隔閡的人機混合是未來必然的歸宿。

責任編輯: 李俊霞
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