明東：“腦語密碼”破譯者
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“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。”
天津大學生物醫學工程首席教授明東就是這個破譯“大腦密碼”的人。他和團隊歷經近20年技術攻關，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—機接口系統和腦—機交互芯片，保持著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，明東考進天津大學精儀學院，選擇了當時最熱門的生物醫學工程專業學習。說起從事腦—機接口研究，明東感慨地說：“我在讀博期間，看到許多截癱患者后期康復治療非常困難，醫生也束手無策。當時我就想，是不是能通過機器，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。”
最初的信念，讓明東博士畢業后，面對國外多所名校的錄取邀請時，毫不猶豫選擇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。
“大腦在想象或執行身體運動時都會伴生類似‘放電’行為，通過機器采集和讀取腦電信號，再破譯并傳輸這一信號，讓身體執行，就可以為截癱患者建立新的人工運動神經通路。”明東介紹說，這個原理雖簡單，實施起來并不容易。腦電信號微弱到百萬甚至千萬分之一伏，捕捉破譯腦電信號類似于在非常嘈雜的公共空間聽清聽懂一個人的低聲細語，還需要克服頭發、頭皮、顱骨等對信號的重重“阻擋”。
在一間不足20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，直至神經細胞重塑，慢慢康復。
“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電腦就能實現康復功能。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械之間連接領域，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。明東正是這套神奇的實驗系統的主要設計者。
“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。”明東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：“我未必能改變未來，但是至少要有改變未來的勇氣。”硬件、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。它裝備了世界首款腦—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，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—機交互性能就提升了10倍。說到腦—機交互的明天，明東充滿激情地說，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。(陳 曦)
關鍵詞： 腦語者芯片
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