全球首例微米级脑机接口三维图谱在武汉亮相

“精度达到头发的二十分之一，为脑部疾病的治疗、人机交互等临床治疗提供了全新的解决方案。”3月26日，武汉发布了世界上第一个微米级脑机接口多模态三维图谱。与传统毫米级医学图像相比，新技术将分辨率提高1000倍至微米级。这一突破使医生在做脑部手术时，能够像手机导航一样清楚地看到每个神经的位置。

华中科技大学同济医学院附属协和医院智能医学研究室主任叶哲伟表示，该团队与华中脑机公司合作，在脑机接口方向取得重大进展。研究小组通过结合micro-CT、9.4T极高场磁共振与混合现实技术，成功构建了世界上第一个微米级3D多模态图谱，集成头骨、大脑空间布局、脑血管和侵入式脑机接口装置，为进一步深入研究脑机接口和医学教育开辟了全新的范式。

研究人员准确地呈现了脑机接口与小鼠大脑各功能区域的空间坐标关系。受访者提供图片

开启人机交互新时代

据专家介绍，脑机接口是一种可以在大脑和外围设备之间建立直接连接的技术，可以实现人与外围设备之间的信息交互。脑机接口技术作为一种革命性的人机交互技术，其作用机制是通过捕捉大脑信号并将其转换为电信号，直接在大脑和外围设备之间建立通信和控制通道，从而实现信息的传输和控制，被称为“元宇宙的终极交互形式”。在医学领域，侵入式脑机接口可以直接读取大脑信号，帮助瘫痪患者控制外围设备。

脑机接口技术作为神经科学、信息技术与生物医学工程交叉的前沿领域，被列为中国重点发展的未来产业，将为人类认知科学研究和脑部疾病的精准诊断和治疗开辟新的道路，重塑人机交互的未来形态，成为全球科技创新的重要发展方向。

据了解，该技术在认知增强、虚拟现实交互等领域仍然表现出巨大的潜力。它是探索人脑奥秘、增强人脑能力的核心技术路径，其战略意义堪比人工智能。

突破医学影像新边界

由于脑机接口电极与大脑空间布局、血管与头骨之间的复杂空间关系难以直观展现，传统二维图像造成手术风险高，学习曲线陡峭。

叶哲伟介绍，混合现实技术作为一种先进的可视化方案，可以让用户在现实世界中实时与虚拟图像互动，可以帮助外科医生直观地呈现脑机接口植入的术前计划、手术中的帮助和手术结果。

由于临床CT检查的扫描精度有限，医学图像的分辨率通常为毫米，医学混合现实图像的构建精度也为毫米。武汉协和医院与心华脑机研究团队合作，通过结合micro-CT、9.4T极高场磁共振，完成大鼠脑机接口植入模型微米级多模态混合现实显像。

叶哲伟说:“医生戴上MR眼镜后，可以拥有透视眼‘通过’颅骨和大脑，动态观察电极与大脑皮层和大脑血管微米级3D空间的位置关系，这是传统图像无法实现的。微米级脑结构可以通过混合现实技术放大呈现数百倍，医护人员可以在3D空间全方位观察大脑接口与大脑结构的位置关系，并制定3D图谱。大脑接口医学图像的混合现实呈现从毫米级提升到微米级，大大提高了大脑接口手术的准确性和安全性。”还开发了大脑接口的医学研究。

结果封面文章图。受访单位提供图片

微米精度创世界先例

在大鼠脑视觉皮层植入多针微电极阵型后，研究小组选择了术前、术中、术后多阶段扫描策略，分别使用micro。-CT(12μM分辨率)和9.4T高场强磁共振(T2和TOF序列)完成了不同组织的微米级显像，并使用了3D Slicer软件将不同的模态数据统一到Waxholm空间坐标系，结合混合现实技术实现直观的互动呈现。

“过去，我们只能依靠大脑立体定位仪来推断大脑接口装置的植入位置。现在，我们可以通过这个系统准确地判断大脑接口装置的植入状态。”在团队成员展示的混合页面中，不同颜色标注的大脑功能区域与红色血管组织交织，手指触摸可以独立隐藏头骨或突出特定的大脑区域。BCI装置与关节解剖结构的关系一目了然。

这种突破性的结果，意味着全球首次完成了脑机接口装置与大脑关键解剖结构在微米级精度上的混合现实。

叶哲伟介绍:“这项技术可能为脑机接口的高精度手术导航奠定了基础，如颈髓损伤、癫痫病灶定位、深度脑刺激等。，并为脑机接口的深度研究架起了一座高维度的可视化桥梁。”