专家论坛 || 徐光华：“脑机融合”时代有助改善人类视力

--联盟创新风采系列报道之七十二

编者按：2020年12月4日，西安交通大学教授徐光华在2020中国（佛山）国际智能机器人博览会的平行论坛“脑机协同混合智能”上，发表了“婴幼儿视觉功能脑检测技术”的主题演讲。他和团队的研究成果表明，脑机协同时代，“脑机接口机器人”有望改善人类的视觉。统计数据表明，全球有20亿以上的人有视觉损伤。而在中国，视力问题更是困扰很多人的生命健康。而先进的脑机协同技术，正有希望从婴幼儿时期，帮助一些人改善视力。

2019年秋天，国际“红点概念设计奖”，在新加坡举行颁奖典礼。我们自西安交通大学机械工程学院团队的作品“婴幼儿弱视脑检测仪”，在全球48个国家的4218件参赛作品中脱颖而出，获得评审组20余位设计界巨擘大师的一致青睐，最终夺魁。

“婴幼儿弱视脑检测仪”，是我们基于脑机协同理念，持续研发出来的实用技术产品。它针对婴幼儿弱视早期筛查困难的问题，采用自主创新的脑机接口技术，经过两年多的研究攻关与设计创作完成。

如今的儿童弱视要通过视力检查、眼位检查、立体视检查、屈光度检查等多个步骤才能确诊，流程繁琐、耗时耗力，“婴幼儿弱视脑检测仪”可在6分钟内轻松、无损地检测儿童的弱视程度，为早期筛查视力障碍提供了有效而直接的手段。

该设备由眼动仪、虚拟现实眼镜、脑电信号记录平台以及数据分析和管理系统四个集成组件组成。虚拟现实眼镜将患者置于虚拟现实场景中，可实现视觉刺激范式的双眼分视效果；眼动仪实时跟踪患者眼球运动的位置；脑电信号记录平台可收集视觉诱发的脑电信号，并发送给数据分析和管理系统，使患者和医生可随时随地访问和共享数据和信息。通过监视和跟踪患者的病情，医生可远程提供及时有效的诊断和治疗计划，为患者节约了时间成本。

“婴幼儿弱视脑检测仪”一方面较为理想地解决了婴幼儿弱视早期筛查困难的问题，另一方面极大简化了医疗流程，核心技术“脑机接口”可推广至其他医学领域，在医患之间架起一座平和沟通的桥梁。

2003年左右，我们的“智能检测与脑控交互”团队成立，向一个未知的全新领域迈进，开始探索脑机接口技术。脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）技术，在人的大脑与计算机间之间，构建了一个交流通道，计算机通过信号扫描，用以检测、读取大脑里的信息和数据。我们实验室有一款先进的“脑控人机交互设备”，可用意念指挥轮椅，靠眼睛控制拼写设备，有主动捕捉大脑意识帮助脑卒患者康复的训练设备等。可以说，脑控技术实际就是一种“意念控制术”——在大脑与电脑之间通过“协议”，修建一条“信息高速公路”，路上往来川流的“汽车”便是信号，通过反馈、调节等机制，让仪器对脑电波进行捕捉、识别，传导并指挥配套设备开始机械运行，实现主动的康复训练。

脑机接口技术分为侵入式和非侵入式两个类别。侵入式需破开颅骨，植入芯片，直接进行神经元信号采集；非侵入式通过外部设备接收大脑不同区域的神经元电活动，间接获取大脑信号我们团队主攻的是非侵入式信号采集。非侵入式脑机接口的实现步骤分为信号采集、信息解码、信息再编码、反馈四个步骤。因是间接信号采集，如何保证采集准确性并获取特征信息显得尤为重要。经历了几百次的试验，无数次的编程、调试、再推翻，我们团队在十多年科研历程中终于孕育出了一套行之有效的脑机控制流程。

具体到“婴幼儿弱视脑检测”，我们团队面临的挑战更加艰巨。弱视是指在眼部无器质性病变的情况下，矫正视力低于正常视力值的情况。弱视的形成多可归因于知觉、运动、传导及视中枢等原因未能接受适宜的视刺激，使视觉发育受到影响而发生的视觉功能减退的状态。因此，单单依靠“眼部病变检测”并不能达到识别弱视的要求，需要通过对大脑皮层中枢神经的检测才能确诊。而婴幼儿由于其年龄特征，不可避免地存在语言性交流困难、行为性引导困难等问题。

在探索过程中，我们团队在原有的脑机检测设备中又加入了虚拟现实眼镜，既可以实现弱视检测的双眼分视效果，又可与虚拟现实多源信息相融合，实现了检测过程的有效性与趣味性。（作者单位：西安交通大学）