世界那么大，有许多从未领略过的风景，每个人都想去看看，然而，在现实世界中，有一些人，却因为眼疾，失去了去看看的权力。仅在中国，全盲患者数量就约为869万人。科技是为人类服务的，致力于视觉重建。“为更多患者带去光明。”这就是从事神经科学、脑机接口以及视觉神经研究的刘冰，从未忘却的初心。 视觉重建技术，起源于20世纪60年代，经过科学家们的深耕探索，已经取得了诸多突破。如，近日，埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink宣布，其“盲视技术”（Blindsight）获得美国食品药品监督管理局（FDA）“突破性医疗器械”认证，并开始在加拿大招募受试者进行临床试验。 中国对视觉重建的探索，尚处在黄金的探索期，作为领域的先行者，中国科学院自动化研究所的刘冰自2006年起便持续关注视觉重建技术。
视觉重建技术的突破 国内视觉重建领域尚处于起步阶段，缺乏成熟的国产技术。在这个领域奋斗20载的刘冰，总结出了一套完整的解决方案。 首先，其团队设计了一款视觉采集外设，并基于神经机制的深入研究开发了符合视觉神经驱动的刺激模式系统。通过这套系统，团队能够模拟大脑视觉神经传输模式，让使用者“看见”画面。 其次，精准的神经刺激是视觉重建的关键。团队在电极植入术前通过MRI确定皮层位置，并在植入后对大脑皮层进行电刺激，记录患者感知到的光点或线条，形成“大脑光晕地图”（phosphene map）。通过这张“地图”，研究人员能够对刺激画面进行个性化调整，使患者获得更准确的视觉反馈。 此外，团队还通过组合多个实体贴片式电极来模拟虚拟电极的功能，提高了视觉重建的精确度和系统的灵活性。 在技术获得突破后，刘冰团队开始打造首款国产视觉重建设备样机，为后续转化落地做准备。下一步，团队将优化刺激模式、改进电极设计、提升信号处理算法，以期为患者提供更精细、丰富，甚至是彩色的视觉刺激效果。 刘冰博士强调，仅有开环刺激、没有闭环反馈的视觉重建技术是不完整的。大脑具有较强的学习和可塑性，植入视觉刺激电极后，大脑可能会生成新的视觉感知模式。因此，只有通过闭环反馈，才能确保刺激始终与患者的感知和需求相匹配。 其实，尽管全球尚未有一款皮层视觉重建产品实现广泛普及，但海外已有企业在视觉重建技术上走出了一条从理论到产品的商业化道路。“通过不断的技术创新和研发投入，国产科研团队正在努力缩小与国际先进水平的差距。”未来，随着团队研究的深入和技术的成熟，国产视觉重建技术将逐步走向成熟，为广大患者带去光明。 科研与商业化齐头并进 在视觉重建技术佳讯频传的同时，刘冰团队还在具反馈的运动控制/学习 应用闭环融合式脑机接口进行运动控制领域，取得了重大的进展。开发了基于脑机“双学习”的融合式下一代脑机接口系统并验证其在医疗应用中的优势。 团队应用机器学习方法设计了实时闭环适应的的解码算法(Closed-Loop Decoder Adaption, CLDA)。此解码算法可以实时学习神经信号的模式，而大脑在学习如何使用这个解码器，从而组成了一个“双学习”的脑机接口系统。这一方式完全改变并极大拓展了现有的脑机接口方法，该系统可使被试在短时间内能够应用脑机接口系统。 进一步深入研究在这个“双学习”系统中，神经系统如何通过学习提升脑机接口的应用效率。其研究结果表明，大脑的学习过程与初始的解码器学习程度无关，即使最初的解码器学习将行为结果的正确率提升至 100%，神经系统的学习过程依然和无解码器学习条件下的过程一致。 同时，团队实验着重研究了在干扰和任务变化条件下的系统表现和机制，其结果极大的推进了脑机接口临床应用的可能性。 更进一步，实验室将应用“脑-机双学习”方法开发融合智能先进机器人系统。开发可应用于植入式脑机接口控制的具有视、触、力觉反馈，具有机械臂及灵巧手，可远程操控的复合通用机器人。 机器人系统的运动控制指令来自于解码的神经信号，机器人系统的视觉信息反馈到VR，触、力觉等传感信号通过重编码，以电刺激方式反馈到被试的感觉皮层以完成闭环。 在该脑-机器人控制过程中存在两个学习单元，机器人系统解码器在协作过程中学习神经群体信号的反应模式，神经系统学习如何应用解码器完成更准确的控制，两者在强度、更新时间等方面均存在差异，探索如何设计可使两者相互促进，以形成“双学习”系统。通过非人灵长类实验测试在该“双学习”系统如何增强脑控机器人的具身性、学习加速、性能和鲁棒性提高、对新环境的良好泛化性以及抵抗内部和外部扰动的干扰。 在商业化方面，刘冰博士创立了明视脑机科技有限公司，致力于推动脑机接口技术在视觉重建和运动控制等领域的应用。公司已完成数千万的天使轮融资，核心产品包括针对全盲病人的视觉重建系统解决方案和针对高位截瘫病人的具反馈的运动控制解决方案。在关注医疗领域的同时，还将积极拓展脑机接口技术在人形机器人、军工等多个领域的应用场景，让科研成果在需要的舞台，发光发热。 20余载匆匆而过，刘冰凭借其深厚的学术背景和丰富的科研经验，填补了国内视觉重建技术的空白，构建了“双学习”的脑机接口系统，不仅在科研上取得了突破性进展，还通过商业化探索，推动脑机接口技术走向实际应用。 路遥，不改其志，行远，不忘初衷。刘冰做到了。
责任编辑：赵娜
