大数据文摘转载自机器人大讲堂

天津大学作为一所在国际上有较高影响力的高水平研究型大学，在科技创新的道路上从未停止脚步，数次打破国外技术垄断、创造多个世界第一、中国第一，坚持把“创新”这篇大文章写在中国大地上。

近日，这所985高校又创了一个“中国首个”！天津大学医学工程与转化医学研究院、天津脑科学与类脑研究中心、教育部智能医学工程研究中心与燧世智能、中电云脑等单位合作，联合推出我国首个脑机接口领域综合性开源软件平台MetaBCI。天津大学再次彰显了在该领域内的实力和地位。

填补中国在脑机接口开源软件平台方面的空白

脑机接口技术（BCI，Brain-Computer Interface）意味在人机之间建立直接的中枢信息交互。当前世界主要国家都将未来视为“脑科学时代”，将脑科学研究列入国家层面发展战略。脑机接口领域作为脑科学的核心应用区，正在掀起一场技术领域的颠覆式创新革命，将对健康医疗、电子消费等产业发展产生巨大影响。

目前脑机接口领域正处于产业快速形成期，优秀的软件平台能够为人类大脑与硬件设备之间架设一条“信息高速公路”，助力高质量人机交互。而当前国际主流的两大脑机接口软件平台主要基于C++语言以及MATLAB商业软件，分别存在编程要求高、开发周期长，或收费高昂、管制受限等诸多问题，亟需一款高效实用的开源软件平台用于降低技术门槛、减少研发成本、缩短产品周期、促进转化落地。

天津大学牵头组建的MetaBCI平台基于国际通行开源语言Python编写，操作简便且扩展丰富，拥有广阔的合作与应用空间。MetaBCI的基本架构包括范式呈现单元、数据获取单元、信号处理单元、用户反馈单元和机器执行单元五大模块，能够在Python环境下实现对用户大脑意图的诱发、获取、分析和转换等全流程处理，目前已集成了14种脑机接口源数据集以及多类经典脑机接口范式，涵盖了几十类先进的脑机解码算法以及专业化的智能计算模型，并创新设计了脑机解码算法调用接口，开源后其数据集和算法种类将会得到进一步拓展和提升。

2021年5月，MetaBCI的信号处理单元测试版提前在世界最大代码网站上线发布，国内外多家研究单位参与试用后均表示：该平台提供了简洁高效的脑机数据集读取接口和统一的信息预处理流程，实现了数据读取和处理的自动化，同时保证了研究者自行修改其中关键步骤的灵活性。

据了解，此前天津大学联合中国电子信息产业集团共同发布了无创脑机接口专用计算和采集芯片“脑语者”C系列和D系列，自主研发的国产高性能脑电采集系统“神工-谛听”也取得国家医疗器械注册证，在核心硬件方面加快了创新发展的脚步，而MetaBCI推出则是中国在脑机接口底层基础软件通用平台方向迈出的重要一步。

天津大学医学工程与转化医学研究院副院长、天津脑科学与类脑研究中心主任助理许敏鹏教授介绍说，“我们希望MetaBCI能填补国内在脑机接口开源软件平台方面的空白，并联合更多研究人员和从业者不断丰富完善，将其发展成为国际通用的脑机接口开源软件平台，为先进人机交互、元宇宙等新技术突破以及下一代脑机融合智能实现提供重要支撑。”

脑机接口—梦想之光照进现实生活

2020年2月《自然》杂志的“自然聚焦-中国脑科学”栏目，“聚焦中国脑科学”专题系列介绍了正在蓬勃发展的中国脑科学领域的研究机构现状、研究成果以及产业化情况，并刊登了如下内容：

2016年中国启动天宫二号太空实验室时，其众多目标之一就是测试无创脑-机接口（BCI）技术对太空环境的适应性。中国宇航员成功地完成了这项全球首次试验，为比较脑-机接口在地球和太空中的性能提供了重要基准。而这项试验中所使用的脑-机接口系统是由天津脑科学与类脑研究中心（简称：天津脑科学中心）的神经工程团队开发的。

国际首次在轨脑机交互实验（图片@央视网-CCTV4）

天津大学医学工程与转化医学研究院

全键盘108超大指令集操控平台

在2016年，团队采用动态停止策略，实现了迄今为止最高信息传输率的模拟在线BCI实验，支持自适应收集足够的脑电图（EEG）信号以进行精确测量。2018年，开发的判别典型模式匹配（Discriminative Canonical Pattern Matching）算法在国际上首次实现了对亚微伏Event related Potential的高效解码，从而将脑电信号的可识别精度提高了一个数量级。2019年，搭建高速BCI系统首次实现了对全键盘108指令的操控，其指令集大小是传统BCI系统的3倍左右。

微弱视觉刺激范式及其判别典型模式匹配

除了在航天领域拓展宇航员在太空环境中的操作能力以外，天津脑科学中心团队开发的BCI技术也被用于脑卒中患者的康复治疗。相较于传统的方法只能提供有限的辅助，团队将BCI技术和功能性电刺激技术相结合，开发了全肢体中风康复训练的人工神经康复机器人系统。该系统可实现人的主观运动意图引起的皮层和肌肉活动，显著改善患侧肢体的神经控制能力。现在团队开发的一系列神经康复机器人已经在多家医院取得成功的临床应用。

“神工一号”人工神经康复机器人

脑机交互将极大机率成为最佳交互方式

据统计，中国越来越多的省份正在进入深度老龄化社会。随着全球老龄化的到来，脑卒中、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症等疾病日益成为人类的健康负担。

对于日益庞大的老年群体来说，脑机交互将极大机率成为最佳交互方式。一是因为当下普遍的图形界面交互是需要习得的，对老年人而言是具有一定难度的；二是因为老年人群中，无法自理的比例更高，说话和做手势对于他们而言也是十分困难的事情。

通过脑机技术可以实现老年患者和辅助设备的联结及操控，帮助老年患者进行力所能及的事情甚至实现自理，也可以针对中风、癫痫、帕金森等疾病患者做对应的恢复训练，进而减轻老年和子女群体的生活负担和心理压力。同时还可以将养老服务与智能家居领域相联动，从而为老年群体提供更舒适的居家养老环境。

在未来，随着脑机技术的发展，不仅可以促进老年群体对设备的操纵和使用，疾病的康复与治疗，也可以促进老年群体和子女群体更多的交流，排解老年人心底的孤单与寂寞。

毋庸置疑，脑科学未来会是生命科学发展中重要的一个领域。随着更多人关注到这个领域，我们可以期待更多的人才、资金将会进入这个领域，在良好的政策支持下，推进脑科学领域的发展，为我们带来更多令人振奋的科技突破和实用产品。

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