专利分析第2期-脑机接口

背景

脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)，是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统，是指通过在人脑神经与外部设备(比如计算机、机器人等)间建立直接连接通路，来实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。

简单来说，就是实现用意念控制机器，从技术实现途径来看，BCI 是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术，脑机交互是人机交互的终极手段，可以帮助残疾人修复视觉、听觉等感知功能和运动功能，让正常人工作生活更加健康高效。

常见BCI应用有：
人工耳蜗：通过向体内植入电极系统，对位于耳蜗内、功能尚且完好的听觉神经施加脉冲电刺激，恢复、提高、甚至重建重度失聪患者的听觉；

仿生机械臂：通过结合 BCI 和肌电图等技术，帮助残疾人恢复一定的触觉和肢体能力；

脑电图：通常为非侵入性，透过沿头皮放置的电极来读取大脑活动产生的微弱电信号。

脑机接口技术

目前，人们通常会把脑机接口技术按照其是否需要侵入大脑，以及侵入的程度分为非侵入式、侵入式，以及半侵入式三类。

非侵入式无需通过侵入大脑，只需通过穿戴设备来对大脑信息进行记录、解读，以及对神经元进行刺激。

半侵入式即将脑机接口设备植入颅腔，但放在大脑之外。目前，比较有代表性的一类半侵入式技术是皮质脑电图（Elec－trocorticography，简称ECoG）。

这种技术通过开颅手术将电极放置到大脑表面，一般来说，电极的材质会有较大的柔性，因而不会对大脑的正常活动产生更多的干扰。借助于这些植入的电极，人们就可以对神经元活动进行观测和干预。

侵入式就是指通过手术等方式直接将电极植入到大脑皮层，以此来观察和控制神经元活动的技术。

当然，侵入式技术的代价也是明显的：通过开颅植入电极具有巨大的风险，而且由于异物侵入，还可能会引发免疫反应和疤痕组织，从而导致电极信号质量衰退甚至消失。

脑机接口技术应用场景

第一个场景是帮助残障人士以及行为障碍者进行康复。在现实中，有大量的人具有各种各样的残疾，或因中风、癫痫等疾病而行动不便。针对这一部分人，脑机接口技术可以帮助他们更好地控制身体或者义肢，从而达到帮助他们康复的目的。

第二个场景是“人类增强”。借助于脑机接口，人们可以更为容易地操控外骨骼、电子眼等设备。这样，人们就可以实现感官和力量的增强，成为影视剧中刻画的超人。

第三个场景是教育。借助于脑机接口，老师可以更好地对学生注意力值状况做到实时了解，并据此调整教学策略。

第四个应用场景是娱乐。例如，在VR游戏当中，人们可以借助脑机接口，在不借助其他外部设备的情况下更好地对游戏角色进行操控。这样，就可以更好地提升游戏的沉浸性，让玩家获得更好的体验感。

第五个应用场景是军事。在这个领域，脑机接口的应用空间是十分巨大的。脑机接口技术可以帮助军人更好地操控各种设备，不仅可以让他们避免很多不必要的危险，还可以让他们的作战能力得到有效提升。

脑机接口的发展

脑机接口的发展可追溯到上世纪中叶甚至更早，近十年以来，由于人工智能技术的快速发展，脑机接口也进入到一个技术爆发的新阶段。

目前脑机接口领域的几个“巨头”，Neuralink选择的是侵入式路径，尝试把芯片植入大脑；脸书等其他企业出于安全考虑更多地采用了非侵入式，试图通过头盔、腕表等穿戴式设备来实现脑机对接，我国目前脑机接口研究也有重大进展。

2023年5月5日，北京成功完成非人灵长类动物介入式脑机接口试验，标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列；6月30日，华为的“一种脑机接口装置和信息获取方法”专利公布。

马斯克近日在法国巴黎举行的Viva Tech峰会上表示，他的脑机接口创业公司Neuralink计划今年进行首例人体试验，不久的将来脑机接口或许将迎来chatgpt时代。

相关专利分析

华为最新公布专利，一种脑机接口装置和信息获取方法。本申请第一方面提供一种脑机接口装置，包括光源、时域延迟模块、波长相关分光模块、传感网络和传感前端。

其中光源用于提供宽谱脉冲光列，时域延迟模块用于将宽谱脉冲光列转换为多波脉冲光列，波长相关分光模块用于将多波脉冲光列分解为稀疏脉冲光列，传感网络用于将稀疏脉冲光列发送给传感前端的传感点。

传感前端用于通过传感点发送稀疏脉冲光列至目标大脑，以获取传感信息，从而通过使用宽谱脉冲光和时域延迟技术获得了不同波长的探测光，无需设置多个光源，也不用增加对应的波长控制模块，从而在保证脑机接口小型集成化的基础上实现了脑机接口的高空间分辨率。