2024年內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè) 浙江大學(xué)首次實(shí)現(xiàn)漢字書寫腦機(jī)接口

• 2024年4月24日 來源：中研普華集團(tuán)、央視財(cái)經(jīng)、中研網(wǎng) 1277 83
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浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)在4月23日發(fā)布了其最新研究成果，首次實(shí)現(xiàn)了漢字書寫腦機(jī)接口，成功利用侵入式腦機(jī)接口控制機(jī)械臂書寫漢字。這一成果在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院進(jìn)行了發(fā)布，并得到了神經(jīng)外科主任醫(yī)師張建民的介紹。

浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)在4月23日發(fā)布了其最新研究成果，首次實(shí)現(xiàn)了漢字書寫腦機(jī)接口，成功利用侵入式腦機(jī)接口控制機(jī)械臂書寫漢字。這一成果在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院進(jìn)行了發(fā)布，并得到了神經(jīng)外科主任醫(yī)師張建民的介紹。

張建民主任醫(yī)師指出，盡管此前已有國外團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了英文字母的書寫，但漢字與英文相比，難度更大。漢字的書寫涉及到偏旁、部首、筆順等復(fù)雜因素，甚至筆畫的細(xì)微差別都可能導(dǎo)致完全不同的字。因此，對(duì)于漢字的成功解碼是腦機(jī)接口研究的一個(gè)非常關(guān)鍵的突破。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)從2022年暑期開始部署相關(guān)研究，并在2023年實(shí)現(xiàn)了志愿者在線的腦控機(jī)械臂書寫系統(tǒng)。他們的研究方法主要基于讓志愿者想象正常的書寫過程，這個(gè)書寫過程可以被運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)反映出來。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)神經(jīng)信號(hào)的解析，團(tuán)隊(duì)可以獲得志愿者所想象的書寫軌跡，并控制機(jī)械臂進(jìn)行書寫。

據(jù)悉，參與此次研究的志愿者中，有一位76歲的高位截癱患者張大伯。他通過腦機(jī)接口技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了用意念控制機(jī)械臂書寫漢字。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)突破了漢字書寫的特殊編碼機(jī)制，并發(fā)展了漢字書寫軌跡解碼新技術(shù)。在離線狀態(tài)下，他們對(duì)100個(gè)常用漢字的分類正確率達(dá)到了91.3%，而在語言模型輔助下，正確率可提高至96.2%。

這一研究成果不僅展示了腦機(jī)接口技術(shù)在漢字書寫方面的應(yīng)用潛力，也為未來腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方向。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由期待腦機(jī)接口在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類的生活帶來更多便利和可能性。

腦機(jī)接口技術(shù)是一種將人的大腦活動(dòng)與計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備相結(jié)合的技術(shù)。它通過電極等傳感器監(jiān)測(cè)大腦產(chǎn)生的神經(jīng)信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為命令來控制外部設(shè)備。腦機(jī)接口的工作原理是將腦部神經(jīng)信號(hào)采集并分析轉(zhuǎn)換成特定的指令，以實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的直接交互和控制。

腦機(jī)接口技術(shù)可以分為非侵入性和侵入性兩種方式。非侵入性的方式是通過在頭皮上放置電極來采集腦電圖(EEG)信號(hào)，然后使用算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和解碼。而侵入性的方式則會(huì)將電極或芯片植入到大腦中，直接采集神經(jīng)元活動(dòng)并轉(zhuǎn)化成指令。

腦機(jī)接口技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在醫(yī)療領(lǐng)域，它可用于治療神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的疾病，如帕金森病、脊髓損傷和腦卒中等，并幫助殘疾人士控制假肢、輪椅等設(shè)備，恢復(fù)行動(dòng)能力。在娛樂和游戲方面，腦機(jī)接口技術(shù)可用于電子游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，使玩家通過大腦信號(hào)控制游戲角色和操作游戲設(shè)備，提高游戲體驗(yàn)。此外，腦機(jī)接口技術(shù)還可應(yīng)用于工業(yè)和生產(chǎn)、教育和培訓(xùn)、交通和交通安全等領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率、學(xué)習(xí)效率和交通安全性。

總之，腦機(jī)接口技術(shù)是一種前沿的技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和潛力。它為人類提供了一種全新的交互方式，有助于改善生活質(zhì)量和推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院出版的《2022-2027年國內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)分析顯示：

大腦是人類最重要的器官，理解大腦的結(jié)構(gòu)與功能是21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題。

近年來，美國、歐盟、日本等國家(地區(qū))紛紛宣布啟動(dòng)腦科學(xué)研究，即“腦計(jì)劃”;腦科學(xué)研究既對(duì)有效診斷和治療腦疾病有重要的臨床意義，還可推動(dòng)新一代人工智能技術(shù)和新型信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

類腦計(jì)算是指利用數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐坊蛐缕骷矸抡嫔锷窠?jīng)元以及神經(jīng)元間的突觸連接，進(jìn)而利用超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated，VLSI)系統(tǒng)來模仿神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)生物學(xué)結(jié)構(gòu)。

和現(xiàn)有馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算與存儲(chǔ)分離的特點(diǎn)相對(duì)，類腦計(jì)算中的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)既有計(jì)算能力，也有存儲(chǔ)能力。類腦計(jì)算的這種特點(diǎn)從根本上消除了馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)的“存儲(chǔ)墻”問題。通過對(duì)類腦計(jì)算進(jìn)行研究，能夠更好地理解腦計(jì)算模型，為實(shí)現(xiàn)類腦智能提供路徑。

SNN也被稱為第三代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是人工智能領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)算法的一種，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物神經(jīng)科學(xué)交叉而成的新興學(xué)科。相比于傳統(tǒng)的ANN，如各種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，SNN實(shí)現(xiàn)了更高級(jí)的生物神經(jīng)元模擬水平，更容易模擬人腦低功耗高性能的處理方式，是信息技術(shù)向智能化發(fā)展的重點(diǎn)研究方向。

與ANN相比，SNN有諸多優(yōu)良特性，在實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的智能系統(tǒng)上潛力巨大。類腦計(jì)算研究涉及的領(lǐng)域范圍廣泛，包括材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電氣工程、計(jì)算機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。

材料科學(xué)家研究、制造和表征可用于類腦器件的新材料，重點(diǎn)是展示與生物神經(jīng)系統(tǒng)相似特性的材料。神經(jīng)科學(xué)家提供可能在類腦計(jì)算意義上有用的新知識(shí)，并利用類腦計(jì)算系統(tǒng)來模擬和研究生物神經(jīng)系統(tǒng)。

電子和計(jì)算機(jī)工程師利用模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路和器件來構(gòu)造系統(tǒng)，模擬神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，開發(fā)由生物啟發(fā)的類腦計(jì)算系統(tǒng)。類腦計(jì)算系統(tǒng)的研究涉及到類腦處理器微體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、類腦處理器配套的軟件工具鏈和基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法等研究領(lǐng)域。

國內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究

在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展過程中計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)中的應(yīng)用具有極大的社會(huì)現(xiàn)實(shí)含義，不僅其在加速社會(huì)經(jīng)濟(jì)的道路上起到了積極的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步。

由于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)沒有相關(guān)的技術(shù)信息支撐，當(dāng)代的發(fā)展方向是積極向前的、相互融合的。不過由于當(dāng)代社會(huì)信息的共享性還有待于提高到新的階段，-些方面的信息受到一定的局限和壟斷性。

伴隨著越來越普遍的計(jì)算機(jī)科學(xué)在全世界范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展，信息將可以被方便快捷的進(jìn)行傳播，有理由相信計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)更好發(fā)展，其對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將起到積極有效的作用。

許多新興的類腦芯片在SNN計(jì)算中顯示出巨大的潛力。 例如浙江大學(xué)的達(dá)爾文芯片，其目標(biāo)是嵌入式低功耗應(yīng)用。蘇黎世大學(xué)研究人員開發(fā)的DYNAP-SEL結(jié)合了異步數(shù)字邏輯和模擬電路，以實(shí)現(xiàn)模擬SNN實(shí)現(xiàn)。 清華大學(xué)的研究人員成功設(shè)計(jì)了混合型天機(jī)芯片 ，該混合型既可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又可以實(shí)現(xiàn)SNN。

隨著腦科學(xué)與類腦行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，大型企業(yè)間并購整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國內(nèi)外優(yōu)秀的腦科學(xué)與類腦企業(yè)愈來愈重視對(duì)行業(yè)市場(chǎng)的分析研究，特別是對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境和客戶需求趨勢(shì)變化的深入研究，以期提前占領(lǐng)市場(chǎng)，取得先發(fā)優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，一大批?yōu)秀品牌迅速崛起，逐漸成為行業(yè)中的翹楚。

未來行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展前景和投資機(jī)會(huì)在哪?欲了解更多關(guān)于行業(yè)具體詳情可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告《2022-2027年國內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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  2022-2027年國內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告

  類腦計(jì)算是指利用數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐坊蛐缕骷矸抡嫔锷窠?jīng)元以及神經(jīng)元間的突觸連接，進(jìn)而利用超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integrated，VLSI）系統(tǒng)來模仿神經(jīng)系統(tǒng)中...

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