【赛迪网讯】大脑是人类最核心的器官，人类所有对自己的认识都离不开对大脑的探索。但虽然人类的科学发展至今，我们已经利用科学深刻地理解了外部世界，并以此为工具改造了我们生活的世界。但人类对自己大脑的认识才初窥门径。或许理解自己才是人类最难的挑战，但信息技术的发展为我们理解自己大脑提供了许多新的可能。

MathWorks是为工程师和科学家提供数学计算和基于模型的设计的软件开发商和供应商。正是因为这个公司的MATLAB和Simulink两大产品平台的出现，让许多数学问题得到了可视化的理解，加速了科学家将科学理论用于应用的步伐。那么当脑科学与MATLAB相遇后，又能产生怎样的质变呢？研究脑机接口的清华大学教授张丹的回答是，这是解码思维的力量。

MATLAB EXPO 2023 现场

在生命健康领域的高光时刻：MATLAB与脑机接口技术的应用

在通过脑机接口治疗脑部疾病方面，有两个研究方向。第一是主动脑机接口，这个研究方向的应用领域相对较窄，目前比较有突破性的案例是治疗渐冻症的患者。通过脑机接口使其恢复与外界交流的能力。渐冻症虽然只是罕见疾病，在人群中只有大约1/200000的患病率，但是现在的渐冻症患者依然是非常值得关注的群体。除此之外，在治疗诸如癫痫在内的一些脑外科疾病中，脑机接口也有辅助诊断的作用。

除了治疗脑部疾病，还有一种对脑机接口的研究主要针对人类的情绪分析，这种脑机接口也被称为被动脑机接口，主要应用于心理学相关的研究当中。这种脑机接口与人的心理测评进行结合将对心理学的发展提供更多科学的支撑。传统的心理测评依赖于问卷，依赖于自我报告，或者咨询师的访谈。这对于受访者的教育程度、背景、配合度都有很高的要求，所以适用性有很大的局限。利用脑机接口的辅助，可以建立更加客观的心理测评的方案，并能在更广阔的领域去运用。这里面既包括非医疗的心理测评，也包括得到医疗临床量级的心理疾病和心理健康问题的诊断。

张丹教授在MATLAB EXPO 2023会场上演讲

张教授介绍，以MathWorks为例，在实际研发工作中，他们使用了大量的MATLAB的工具，从最基础的统计分析工具，到机器学习工具，再到信号处理工具。

而这些工具能帮助他们在四个方面达到非常理想地效果。一是数据获取，二是处理转换信号三是模型快速搭建，四是整体部署。在每个方面，MathWorks提供的快捷工具箱，在各个阶段帮助研究人员推进研发进程。

确实如张教授所说，脑机接口实际开发过程中，会遇到许多与其他智能医疗设备开发类似的挑战，那么首先让我们以医疗设备工程化实现的角度，介绍MATLAB能够帮助先进医疗设备开发的地方。最终效果由下图中四个阶段共同决定，而非仅由下图中紫色的模型开发阶段决定。

除了清华脑机接口团队的出色成果外，也有不少顶级大学基于MATLAB获得了非常不错的脑机接口系统。如德州大学奥斯汀分校的脑机接口语言转换，德州大学奥斯汀分校基于MATLAB将MEG脑磁图，翻译为语句。以及，约翰.霍普金斯大学，在MATLAB平台开发的基于残肢神经重建的先进假肢系统，都是在这一领域大放异彩的突出成果。MATLAB愿积极助力脑机接口系统的开发，帮助失能人群，重获高质量的生活，一起为他们的生命，带去绚丽的色彩！

脑机接口发展的制约

脑机接口虽然有很大的应用空间，但要实现商业落地，仍然有一些制约因素需要克服。从脑机接口技术来看，它的核心问题是找到能够方便、快捷、有效地获取大脑的信号的方法。其路径有两条，无创和有创，这既涉及到材料问题，也涉及到电学问题，甚至还涉及到认知问题。

有创的脑机接口主要采用植入式芯片的方式，无创的脑机接口则采用电极片的方式。无论哪一种方式，数据的获取和传输都有两大挑战，一是噪音很大，二是需要进行处理转换，转换技术门槛比较高。

选择无创或有创主要需要考虑使用的场景，在一般监测人类情绪的使用场景下，无创的脑机接口更容易被大众所接受。而在一些比较刚需的应用场景，如一个人高位截瘫，在这样的场景下，植入式又会成为更好的选择。

现在在有创植入脑机接口上，研究团队和各国政府普遍持相对谨慎的态度，因为其中最难的挑战在于电极是否能在里面稳定长期持续使用。不过有创植入式脑机接口因为信号质量高，可以带来更丰富的可能性。

中国脑机接口发展的思路

当前，中国、美国和欧洲都在大力发展脑机接口，三方的起步都比较早，基本同时开始。但各自侧重点有所不同，

欧洲拥有深厚的文化积淀，因此在脑机接口的发展上更关注于人文关怀。例如如何让脑机接口技术使人的生活更好，让残疾人的生活像正常人一样。所以从欧洲更加深入探索脑机接口的人文使命。

美国则更关注脑机接口如何促进更高效地让人类工作。比如马斯克对脑机接口提出的愿景，也包含了偏向于效率的描述。更深层次的还有让人的意识能够上传到数字世界里得到永生。

中国脑机接口的发展则取欧美之长，既学习欧洲路线，也学习美国路线，在有创、无创两方面也各有深入。从1997年、1998年前后，最早由清华大学最先涉足该领域研究。在近几年，又在国家层面提出“一体两翼”的脑计划，即一方面着力于脑疾病研究，另一方面着力于脑计算研究。

清华大学脑机接口研究领头人张丹教授认为，互联网社交媒体发展至今，给我们带来了许多启示。互联网社交媒体发展过快，政府的监管则滞后，造成了不小负面效果。如今，脑科学的发展尚不成熟，我们应该汲取互联网发展的教训，在产研中联合政府，提前制定相应的监管法律法规。因为脑科学带来的科技革命对人类的生活将比互联网社交带来的变化更大，如果不提前建立监管措施，其带来的负面影响也会更大。

加快工程与科学领域发明、创新、开发和学习分的步伐，为世界带来改变是MathWorks公司的使命。MathWorks公司相信未来世界的真实问题、复杂问题都将依靠科学家和工程师来解决，而MathWorks创造MATLAB和Simulink的意义便在于帮助他们的工作做到尽善尽美。正是基于这项初衷和使命，MathWorks与清华大学张丹教授的团队合作，不仅加快了这项科研工作本身的步伐，同时将科研中抽象出来的对计算思维等基础能力要求的部分，如张丹教授在2023 MATLAB 用户大会主题演讲中讲到的将“脑成像原理、数据分析思想与数据分析方法”，带到本科教学的能力培养当中去，并使用MATLAB作为实践教学平台。

2022 年 BCI 脑控机器人大赛 MATLAB 青年组决赛现场

此外，MathWorks通过支持学生竞赛，鼓励学生深度挖掘专业能力和创造力，积极探索现实世界中的问题和挑战，获得扎实的职业发展知识，以助力学校培养符合时代要求的创新型人才。例如，今年 MathWorks 中国联合张丹教授团队在2023世界机器人大赛-BCI脑控机器人大赛情绪脑机（青年组）赛项上共同合作，鼓励选手使用 MATLAB 进行编程与实现，加速探索情绪脑机接口的潜力，目前已经正式开始打榜。MathWorks就是这样用科技工具链接起产学研的缝隙，加速科学与的应用落地。