破解大脑奥秘 科幻照进现实

　　题图由AI生成

　　近期，全球首个神经重症脑机接口多中心临床试验启动。该项目聚焦解决脑积水精准诊疗这一国际性难题，由天津大学脑机交互与人机共融海河实验室与天津市环湖医院牵头，联合首都医科大学宣武医院、天坛医院、中国医学科学院北京协和医院、四川大学华西医院、中南大学湘雅医院、河南省人民医院、中国科学技术大学附属第一医院、天津医科大学总医院等国内顶尖医疗机构。　　项目以脑积水精准诊疗为切口，标志着脑机接口技术首次突破传统运动和认知功能修复应用范畴，全面走向神经重症这一全新领域，未来将推动拓展至更多医疗应用场景，为下一步神经重症精准诊疗提供中国技术、中国标准、中国方案。　　图为学生在体验新型设备。　　沈 岳摄（人民视觉）

　　从“意念驱动肢体”梦想成真到“模拟大脑运算”智算突破，从“给思维过程拍电影”筛查疾病到“嗅觉功能障碍预警脑疾”的便捷自测，我国脑认知科学领域的自主创新成果正密集涌现，为破解大脑奥秘、守护生命健康打开全新空间。近日，“新天工开物——科技成就发布会”脑认知科学专场在北京国家科技传播中心举行，集中发布了中国认知科学学会推荐的4项突破性创新成果。

　　“中国脑科学在最近十几年进入了飞速发展的阶段。”中国科学院院士、发展中国家科学院院士段树民在接受采访时表示，“影像学、细胞分子、人工智能等一些交叉领域技术突破的渗透，对脑科学的发展起到了很大推动作用。”

　　

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　　“北脑一号”智能脑机系统

　　意念驱动行动，重启患者人生

　　渐冻症患者通过“意念”控制电脑光标的点选、在屏幕上输出常用语句，卒中患者用脑控驱动肌肉刺激装置开展康复训练，脊髓损伤患者用“意念”控制机械臂倒水……在5例植入了“北脑一号”智能脑机系统的患者身上，脑机接口技术展现出令人惊喜的临床效果。

　　作为全球首个实现百通道以上高通量、无线全植入、准实用化的半侵入式脑机接口产品，“北脑一号”由微型体内机、便携式体外机和软件算法三部分构成。其工作流程清晰明确：首先通过微型体内机采集皮层脑电信号，以无线通信的方式经体外机传输到加载软件的计算机或智能终端上，最后由软件算法搭建中枢神经与外部设备的信号通路。由此，“北脑一号”能帮助脊髓损伤、脑卒中、渐冻症等运动和/或言语障碍患者实现功能替代和康复。

　　在大脑上“装机”，风险高不高？北京脑科学与类脑研究所仪器仪表中心主任张垒解释：“‘北脑一号’为半侵入式产品，微型体内机不会进入脑组织内环境，只是放置在硬脑膜外，手术简单、安全性高。”

　　为了尽量减少患者创伤，研发团队在保证信号质量的情况下攻克了“微型化集成”的难题——“北脑一号”微型主机仅1元硬币大小，能完成高通量、低功耗信号处理。与之连接的柔性薄膜电极薄如蝉翼，厚度仅几微米，可与脑组织紧密贴合，确保信号采集精准。

　　这项硬核技术的背后，是一支平均年龄仅29岁、学科背景多元的年轻团队。本着“面向人民生命健康”的研发初衷，他们联合北京大学第一医院、宣武医院、天坛医院等医疗机构，针对脊髓损伤、脑卒中、渐冻症等疾病深耕研究。

　　目前，“北脑一号”已完成5例人体植入，首例患者植入时间达到7个月，有效通道数保持在98%以上，信号质量持续稳定。

　　“北脑一号”智能脑机系统早期临床验证成效明显，即将开始注册临床试验，有望在2—3年后获批三类医疗器械注册证实现产品上市。

　　从理论探索到实际应用，从基础研究到产业转化，脑机接口产品为广大患者带来了“重启人生”的新希望，更展现出我国在这一未来产业中的创新实力。

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　　“悟空”超大规模神经拟态类脑计算机

　　自主芯片破局智算能力，模拟生命大脑

　　“宇宙中已知最高效、最神秘的‘超级计算机’是什么？是人类的大脑。科学家们一直梦想着，创造出一台能像人脑一样思考的计算机。”发布会现场，浙江大学计算机学院求是特聘教授、脑机智能全国重点实验室主任潘纲说，类脑计算作为下一代计算技术重要候选路径之一，有望成为未来智能计算的突破口。

　　浙江大学脑机智能全国重点实验室类脑计算团队最新研制出的新一代超大规模的神经拟态类脑计算机“悟空”，正朝着这一目标迈进。

　　作为核心亮点，“悟空”的硬件实力格外突出：它的“躯体”由15台刀片式类脑服务器组成，搭载了960颗团队自研的达尔文3代类脑计算芯片；支持的脉冲神经元规模超过20亿，接近猴脑水平，已超越此前国际最大神经拟态类脑计算机Hala Point；神经突触数量更超千亿。更难得的是，这样强大的配置在典型运行状态下，功耗仅约2000瓦，兼顾性能与能效。

　　专家表示，类脑计算是一条迈向通用人工智能的新路径。“悟空”有望从底层原理重构智能模型，目前已成功部署多项智能应用，可运行DeepSeek类脑大模型完成逻辑推理、内容生成、数学求解等高级任务。同时，凭借庞大的神经元和突触资源，它还能初步模拟秀丽线虫、斑马鱼、小鼠和猕猴等不同神经元规模的动物大脑，有助于脑科学与脑疾病研究减少动物实验、加快研究进程。

　　能实现这样的突破，离不开研发中的技术攻坚：硬件层面，团队攻克晶圆级系统集成方案，让千百颗类脑芯片能紧凑聚集、互联工作；软件层面，设计出“时间步自适应”机制，确保芯片中20亿神经元能“听话”地协同运行。

　　据了解，浙江大学在类脑研究领域起步早、积累深，自2015年起就陆续牵头研制成功达尔文系列三代类脑计算芯片，该系列已成为国际上最具代表性的类脑芯片之一。

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　　穿戴式原子磁力计脑磁图

　　“固定扫描”变“移动捕捉”，助力脑疾病诊断

　　我们的思维、情绪等大脑活动如何发生？能否“看见”思维过程，提前捕捉大脑的“故障信号”？如今，比脑电图更加精准的“脑磁图”正将这些变为现实。

　　“脑磁图技术，就是给大脑活动拍摄高清、动态的三维‘电影’。”中国科学院生物物理研究所认知科学与心理健康全国重点实验室正高级工程师王帆介绍，大脑活动产生的微弱电信号会产生磁场，磁场传播过程中受脑组织的干扰远小于电信号，因此脑磁图能清晰反映脑内活动。

　　由于脑磁磁场极其微弱，测量难度“堪比在嘈杂的菜市场里听清一根针掉在地上的声音”，传统脑磁图设备占地庞大，像个小型房间，且操作复杂、价格昂贵。

　　本世纪初问世的新型探测器——零场原子磁力计，为该领域带来突破。2018年，中国科学院生物物理研究所团队研制出国内首台多通道原子磁力计脑磁图原型机，之后推出穿戴式设备，大幅提升患者适配性。但与此同时，他们面临着技术上的“卡脖子”难题——探测器和磁屏蔽室这两个关键部件完全依赖进口。

　　“要做，就必须自己做！”团队下定决心啃硬骨头。4年后，自研高性能探测器性能达到世界先进水平，稳定性等重要指标国际领先，而且实现稳定量产；可移动、易组装的磁屏蔽室也成功研发，不仅能隔绝外部磁场对大脑检测的干扰，还可应用于半导体、精密测量等领域。

　　穿戴式原子磁力计脑磁图技术未来有望应用于多种脑疾病的大规模筛查、早期诊断，包括儿童的孤独症、多动症，老人的阿尔茨海默病、帕金森病，以及抑郁症、焦虑症等精神健康问题。

　　王帆说，为实现“哪儿有需求就去哪儿”，团队将24小时稳定运行的系统打包成全球首台“移动式脑磁图方舱”，可由普通卡车运输。患者单次检查费用将从近万元降至千元内，而且检查流程快捷舒适。

　　此外，该技术还能为脑机接口、人工智能等前沿领域提供高质量的数据支撑，推动脑科学研究。中国科学院生物物理研究所学术副所长、中国认知科学学会学术委员会主任何生表示：“原子磁力计脑磁图这种基于全新原理的脑成像技术，让我国脑成像研究者有机会从起步阶段就走在世界前沿。”

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　　本土化嗅觉功能评估体系与训练体系

　　从“闻得准”到“筛得早”，预警神经退行性疾病

　　“嗅觉明明是鼻子的事儿，怎么能筛查脑子的毛病？”发布会上，中国科学院心理研究所认知科学与心理健康全国重点实验室研究员周雯讲道，如果老年人莫名出现嗅觉减退，且排除感冒、鼻炎、脑外伤等因素，那么需要警惕这可能是神经退行性疾病的报警信号，应该及时就医。这是由于帕金森病中，退行性变最早发生在嗅球，嗅觉障碍的出现远早于手抖，步态僵直等典型运动症状；阿尔茨海默病中，首先受累的经内嗅皮质，同样也是嗅觉通路的重要节点。

　　神经退行性疾病的早期筛查是延缓病情的关键，但传统方法依赖医院设备，难以居家监测且费用较高。对此，中国科学院心理研究所团队在深入理解嗅觉机制的基础上，面向中国人群开发“心灵秀”嗅觉功能评估与训练体系，为这一挑战提供了创新的解决路径。

　　该系统可对嗅觉阈值、分辨、识别能力进行定量化评估，以反映嗅觉加工环路不同层级的功能水平。譬如，嗅觉识别测验精选了40种中国人熟悉、辨识度高的气味，包括花露水、芝麻油、四川辣酱等，组成本土化气味库。受检者嗅闻嗅棒后，在云端交互平台点选对应气味名称，系统会结合作答情况与人口学信息，对比全国大样本常模自动生成检查报告。完成一次嗅觉识别功能的快筛并获取结果，全程仅需5—10分钟。

　　如果嗅觉功能评估偏低，虽然无法明确确诊疾病，但是可以提早4—8年预警帕金森病风险，提早2—5年预警阿尔茨海默病风险，促进患者早诊早治。

　　针对不同原因导致的嗅觉障碍人群，研发团队还设计了“心灵秀”嗅觉康复训练。训练者可随身携带香疗瓶，在微信小程序内定期完成训练任务，并由专业人士监督效果，形成“检测—干预”闭环。

　　对于主观认知功能下降或轻度阿尔茨海默病患者，目前主要的医学干预方法是认知训练。周雯介绍，嗅觉训练和认知训练的逻辑一样——通过加强或维持神经网络功能，延缓老年神经退行性疾病病程，且理论上还能撬动嗅觉—情绪—记忆环路。