重大突破！微米级脑机接口多模态三维图谱在汉发布

脑机接口是一种能够在大脑与外部设备之间建立直接连接的技术，可以实现人与外部设备的信息交互。脑机接口技术被誉为“元宇宙终极交互形态”，作为一种革命性的人机交互技术，其作用机制是绕过外周神经和肌肉，直接在大脑与外部设备之间建立通信与控制通道，通过捕捉大脑信号并将其转换为电信号，实现信息的传输和控制。 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部设备。

脑机接口是国家重点发展的未来产业，将为人类认知科学研究提供全新工具，为脑疾病精准诊疗开辟新途径，并可能重塑人机交互的未来形态。作为神经科学、信息技术、生物医学工程等多学科交叉的前沿领域，脑机接口技术已成为全球科技创新的重要发展方向。

脑机接口技术通过在大脑与外部设备之间建立直接通信渠道，实现了突破传统神经肌肉通路的信息交互方式。 这一技术不仅为神经系统疾病患者提供新的治疗选择，还在认知增强、虚拟现实交互等领域展现巨大潜力。 脑机接口技术是探索人类大脑奥秘、增强人类能力的关键技术路径，其战略意义堪比人工智能。

传统二维影像难以直观展示脑机接口电极与脑组织功能分区、血管和颅骨的复杂空间关系，导致手术风险高、学习曲线陡峭。作为一种能够让用户在真实世界与虚拟影像进行实时交互的先进可视化方案，混合现实技术可以帮助外科医生在脑机接口植入的术前规划、术中辅助及手术结果进行直观呈现。

受制于临床CT检查的扫描精度，医学影像的分辨率通常在毫米级，医学混合现实影像的构建精度也在毫米级。武汉协和医院与衷华脑机研究团队携手，成功地将高分辨率成像技术与混合现实技术结合，通过融合micro-CT、9.4T超高场磁共振，实现了大鼠脑机接口植入模型的微米级多模态混合现实成像。这一系统能够通过混合现实技术，在三维空间直观地展示微米级脑组织功能分区、颅骨、脑血管和脑机接口装置的位置关系，为脑机接口的术前规划、术中辅助和术后呈现提供精准指导。

项目负责人叶哲伟教授介绍，“医生戴上MR眼镜后，能拥有透视眼‘穿透’颅骨和脑组织，动态观察电极与大脑皮层和脑部血管的微米级三维空间位置关系，这是传统影像无法实现的。 通过混合现实技术可以将微米级脑结构进行了数百倍的放大呈现，医务人员可以在三维空间对脑机接口与脑部结构的位置关系进行全方位立体观察，并建立三维图谱。 将脑机接口医学影像的混合现实呈现从毫米级提升到微米级，极大提高了脑机接口手术的精准性和安全性，也为脑机接口的进一步深入研究及医学教育开创了全新范式。”

团队在大鼠脑部视觉皮层植入多针微电极阵列后，采用术前、术中、术后多阶段扫描策略，分别使用micro-CT（12μm空间分辨率）和9.4T高场强磁共振（T2和TOF序列）实现了不同组织的微米级成像。使用3D Slicer软件将不同模态数据统一至Waxholm空间坐标系，并通过混合现实技术实现直观的交互式呈现。

“以往我们只能依靠脑立体定位仪推测脑机接口装置的植入位置， 现在通过这个系统能精确判断脑机接口装置的植入情况 。”团队成员展示的混合界面中，不同颜色标注的脑组织功能区与红色血管组织交织，手指轻触即可单独隐藏颅骨或突出显示特定脑区，BCI装置与关节解剖结构的关系一目了然。

据介绍，该项研究通过微米级脑机接口混合现实，精准呈现脑机接口与小鼠大脑各功能区的空间位置关系。教育部科技查新工作站科技查新报告显示，综合分析检索到的国内外相关文献，未见与该查新点相同的工作报道， 该项研究创全球先河 。

叶哲伟介绍：“ 这项技术未来可能为脊髓损伤、癫痫病灶定位、深部脑刺激等脑机接口的高精度手术导航奠定基础，为脑机接口的深度研究架起了高维度可视化桥梁。 ” 武汉协和医院与衷华脑机的这一研究成果，发表于华中科技大学主办的英文SCI期刊Current Medical Science，并成为封面文章。该成果是混合现实技术与脑机接口、多模态影像技术的成功融合，也是微米级混合现实技术在医学领域的全新运用范式，将极大地促进脑机接口技术的深度研发和普及应用，为建设健康中国贡献重要力量。