2023年8月20日下午，“2023世界機(jī)器人大會-腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展論壇”在北京亦莊北人亦創(chuàng)國際會展中心順利召開，本屆論壇由中國電子學(xué)會主辦，中國電子學(xué)會智能人機(jī)交互專家委員會承辦。論壇邀請領(lǐng)域內(nèi)知名專家，聚焦腦機(jī)接口技術(shù)中的原創(chuàng)性理論、腦機(jī)交互范式設(shè)計、應(yīng)用落地過程中可能面臨的實際問題，針對國內(nèi)外的最新研究進(jìn)展、科研成果和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)進(jìn)行研討交流，探索當(dāng)前腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)新與潛在的應(yīng)用方向，提升機(jī)器人操控水平，使之能夠更好的符合人類的操控意圖。本屆論壇分為主題報告和高峰對話兩個環(huán)節(jié)。

　　論壇架構(gòu)
 

　　論壇主席
 

　　高上凱
 

　　清華大學(xué)教授

　　1970 年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系，1982 年在該系獲生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位。高上凱教授的研究主要集中在神經(jīng)工程學(xué)，特別是基于無創(chuàng)頭皮腦電的腦-機(jī)接口系統(tǒng)，包括新實驗范式的開發(fā)、系統(tǒng)性能的優(yōu)化及高通訊速率實用系統(tǒng)的開發(fā)。研究的目標(biāo)是要利用腦-機(jī)接口技術(shù)造福人類。因在腦-機(jī)接口研究中的貢獻(xiàn)，高上凱教授先后入選the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 和 American Institute for Medical and Biological Engineering (AIMBE) 的Fellow。她現(xiàn)在擔(dān)任Journal of Neural Engineering雜志的 Deputy Editor，還擔(dān)任IEEE Transactions on Biomedical Engineering，Physiologica Measurement，IEEE Transactions on Neural System and Rehabilitation Engineering 等雜志的編委。
 

　　論壇秘書長
 

　　印二威
 

　　軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院 研究員

 

　　室主任，博導(dǎo)，長期從事智能人機(jī)交互技術(shù)研究。擔(dān)任某部委預(yù)研專項技術(shù)總師，主持國家自然科學(xué)基金等10 余項；發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，出版著作3部，被評為中國指控學(xué)會青年科學(xué)家、中國電子學(xué)會優(yōu)秀科技工作者、微軟學(xué)術(shù)評為專業(yè)領(lǐng)域全球TOP100最有影響力學(xué)者等榮譽(yù)，授權(quán)發(fā)明專利44項，獲得中國專利優(yōu)秀獎、全國發(fā)明展覽會發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎金獎金橋獎突出貢獻(xiàn)獎、第16屆北京發(fā)明創(chuàng)新大賽金獎、首屆“創(chuàng)新杯”國防科技創(chuàng)新大賽一等獎、世界機(jī)器人大賽一等獎、Facebook 眼動大賽第一名，國際視覺語言大賽第一名等。擔(dān)任中國電子學(xué)會智能人機(jī)交互專委會副主任委員、中國指揮與控制學(xué)會虛擬現(xiàn)實與人機(jī)交互副主任委員、中國認(rèn)知學(xué)會認(rèn)知建模專委會副秘書長，北京大學(xué)、上海交大、中山大學(xué)、天津大學(xué)等高校兼職博導(dǎo)。
 

　　論壇現(xiàn)場

 

　　論壇邀請大連理工大學(xué)叢豐裕教授擔(dān)任論壇主持人。論壇正式開始后，叢教授代表組委會邀請北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局總工程師仝海威上臺致辭，仝總工代表工信部、北京市政府對參加本次論壇各位專家與嘉賓的到來表示了熱烈歡迎，并介紹了本次論壇的重要意義和基本情況。

　　大連理工大學(xué)教授叢豐裕主持專題論壇

　　北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局總工程師仝海威致辭

 

　　論壇邀請?zhí)鞓蚰X科學(xué)研究院應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實驗室主任Gerwin Schalk做了題為《神經(jīng)技術(shù)：從理論到解決方案》(Neurotechnologies: From Theory to Solutions)的報告。該報告介紹了過去100年腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展技術(shù)路線譜，點明了腦機(jī)接口的采集方式更加多樣化和價格成本更加低廉的基本趨勢。報告隨后介紹了腦機(jī)接口的工程發(fā)展史，并基于其自身的研究介紹了一個令人印象深刻的研究案例：從大腦活動中重構(gòu)音樂。該研究受到《衛(wèi)報》、《紐約時報》等國際主流媒體的廣泛報道。報告認(rèn)為，當(dāng)前腦機(jī)接口技術(shù)面臨的主要問題可被歸納為“安娜卡列尼娜原則”，并建議通過“評估和驗證(BCI)潛在的價值，專注(BCI)用戶的問題，專注(BCI)領(lǐng)域內(nèi)正確的問題”加以解決。報告最后認(rèn)為“神經(jīng)技術(shù)改變了人們的生活，提供了一種全新的方法與腦交互，該領(lǐng)域需要持續(xù)性投入的研究而不是止步于Demo”。

　　天橋腦科學(xué)研究院應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿研究室主任Gerwin Schalk作報告

 

　　《視覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口》
 

　　中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會醫(yī)學(xué)神經(jīng)工程分會副主任委員、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會青年工作委員會委員王毅軍教授作了題為《視覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口》的報告。報告通過介紹無創(chuàng)腦機(jī)接口中的VEP(穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位)范式，為我們揭示了這一領(lǐng)域的研究背景、基本原理以及最新的工作進(jìn)展。首先，王教授介紹了無創(chuàng)腦機(jī)接口系統(tǒng)的構(gòu)成，包括信號的采集、分析和設(shè)備控制等，指出了BCI在通訊、控制、康復(fù)、功能增強(qiáng)和睡眠監(jiān)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然后，討論了常用的頻率編碼腦機(jī)接口范式——SSVEP，并指出SSVEP腦機(jī)接口目前可以實現(xiàn)每分鐘約300比特的信息傳輸速率(ITR)，是目前無創(chuàng)腦機(jī)接口中ITR最高的類型之一。在刺激編碼方面，報告介紹了基于頻率相位編碼和個性化模板匹配的范式，探討了基于窄帶刺激和隨機(jī)編碼的范式，以及基于空間信息編碼的研究。以上研究為實現(xiàn)高速率、多目標(biāo)編碼的SSVEP腦機(jī)接口提供了新的思路。最后，王教授還展示了研究課題在不同應(yīng)用場景下的實際應(yīng)用，如腦開關(guān)、人機(jī)交互和臨床應(yīng)用等。

　　中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員王毅軍作報告

 

　　《消費級腦機(jī)接口發(fā)展與挑戰(zhàn)》
 

　　長江學(xué)者、天津大學(xué)醫(yī)工院副院長許敏鵬教授做了題為《消費級腦機(jī)接口發(fā)展與挑戰(zhàn)》的報告。首先，報告介紹了腦機(jī)接口的基本原理，解釋了大腦神經(jīng)活動和腦電信號的關(guān)系，以及如何通過識別腦電信號中的特征來解碼人的思維狀態(tài)。其次，報告介紹了腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展歷程。從侵入式腦機(jī)接口到非侵入式腦機(jī)接口，該報告系統(tǒng)地介紹了不同類型腦機(jī)接口的優(yōu)缺點以及在實際應(yīng)用中的成果。通過實例，介紹了侵入式腦機(jī)接口在控制機(jī)械臂、恢復(fù)肢體功能等方面取得的顯著突破，而非侵入式腦機(jī)接口在硬件形態(tài)和范式選擇上面臨著一些挑戰(zhàn)和限制。此外，報告還介紹了消費級腦機(jī)接口產(chǎn)品和應(yīng)用的發(fā)展前景，提出了腦控鍵盤和腦控鼠標(biāo)作為人機(jī)交互的關(guān)鍵方向，探討了如何解決腦機(jī)交互方式不自然、腦機(jī)硬件形態(tài)不友好等問題。通過實驗和研究，許教授展示了近年來在非侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)域所取得的一些突破，如通過微創(chuàng)的方式實現(xiàn)腦控鼠標(biāo)的控制、實現(xiàn)非侵入式腦機(jī)接口的高性能語音合成等。

　　天津大學(xué)教授許敏鵬作報告

 

　　《嚴(yán)重失智患者的人機(jī)交互臨床需求》
 

　　中國醫(yī)師協(xié)會神經(jīng)修復(fù)學(xué)分會意識障礙學(xué)組主任委員、天壇醫(yī)院神經(jīng)科學(xué)主任醫(yī)師何江弘做了題為《嚴(yán)重失智患者的人機(jī)交互臨床需求》。該報告從臨床角度詳細(xì)地介紹了腦機(jī)接口的需求、場景和問題。作為醫(yī)院神經(jīng)外科的一員，何主任強(qiáng)調(diào)了腦機(jī)接口對嚴(yán)重認(rèn)知障礙和失能患者的重要性，以及將其應(yīng)用于臨床康復(fù)中的潛力。在需求方面，報告指出了嚴(yán)重失能失智患者的康復(fù)需求，他們需要將殘存的意識和意圖輸出出來，并通過新技術(shù)幫助他們進(jìn)一步恢復(fù)。報告還提到了認(rèn)知功能運動分離障礙的患者，他們在運動功能嚴(yán)重受損的情況下仍保持完好的智力，但由于無法輸出意識，可能被誤診為植物人，因此需要更多的檢測手段來確認(rèn)他們的意識狀態(tài)。在場景方面，報告強(qiáng)調(diào)了腦機(jī)接口在康復(fù)中的應(yīng)用，包括運動想象訓(xùn)練、高級認(rèn)知功能訓(xùn)練和腦控外部設(shè)備等。何主任還提到了睡眠監(jiān)測在臨床中的重要性，幫助醫(yī)生了解患者的睡眠狀態(tài)，以便在治療中選擇適當(dāng)?shù)臅r機(jī)。在問題與思考方面，報告指出了一些挑戰(zhàn)，如采集速度與快速分析、實驗范式的設(shè)計與應(yīng)用、外科與腦機(jī)接口的結(jié)合等。何主任還強(qiáng)調(diào)了腦機(jī)接口技術(shù)的穩(wěn)定性、成熟性和簡潔性在臨床應(yīng)用中的重要性。報告深入探討了腦機(jī)接口在臨床中的應(yīng)用問題，提出了一些重要的觀點和思考，對于推動腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

　　天壇醫(yī)院神經(jīng)科學(xué)主任醫(yī)師何江弘作報告

 

　　《腦機(jī)接口對抗安全》
 

　　圖像信息處理與智能控制教育部重點實驗室副主任、華中科技大學(xué)伍冬睿教授作了題為《腦機(jī)接口對抗安全》的報告。在報告中，伍教授深入探討了腦機(jī)接口技術(shù)在安全性方面面臨的挑戰(zhàn)，并提出了解決方案。通過對腦機(jī)接口系統(tǒng)的攻擊和防御研究，報告揭示了這一新興技術(shù)的脆弱性以及對人類生活和社會安全的潛在影響。報告以機(jī)器學(xué)習(xí)模型的對抗攻擊為例，說明了如何通過微小的干擾改變模型的輸出結(jié)果，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的錯誤判斷。報告介紹了腦機(jī)接口系統(tǒng)的兩種主要攻擊方式：目標(biāo)攻擊和非目標(biāo)攻擊，以及白盒攻擊和黑盒攻擊。通過這些攻擊方式的分類，研究人員可以更好地了解攻擊者的策略和攻擊手段。報告的后半部分重點介紹了腦機(jī)接口系統(tǒng)的防御方法。其中最常用且效果最好的方法是魯棒訓(xùn)練。此外，伍教授所在的團(tuán)隊還提出了其他防御方法以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。報告的最后還展望了未來可能出現(xiàn)的安全隱患，并提出了進(jìn)一步研究的方向。

　　華中科技大學(xué)教授伍冬睿作報告

 

 

　　北京理工大學(xué)機(jī)電系統(tǒng)與裝備研究所所長畢路拯教授做了題為《面向自然場景的腦機(jī)接口與腦機(jī)協(xié)同控制技術(shù)》的報告。報告介紹了團(tuán)隊在腦機(jī)接口領(lǐng)域的工作成果，主要涵蓋了雙手協(xié)同運動解碼，面向自然場景的聽覺目標(biāo)檢測，以及腦機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的開發(fā)。在雙手協(xié)同運動解碼方面，畢教授課題組通過頭皮腦電信號的采集和分析，研究了雙手協(xié)同運動的運動解碼方法。在面向自然場景的聽覺目標(biāo)檢測方面，課題組采集了無人機(jī)的聲音和環(huán)境背景聲音，并進(jìn)行了聽覺目標(biāo)檢測實驗。此外，報告還介紹了團(tuán)隊在腦機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)方面的工作。通過數(shù)學(xué)建模和模型預(yù)測控制方法，開發(fā)了一種輔助控制器，用于提高腦機(jī)接口在動態(tài)系統(tǒng)控制中的性能。實驗結(jié)果表明，該輔助控制器能夠減小控制誤差，并提高系統(tǒng)的安全性和魯棒性。該報告通過創(chuàng)新的方法和實驗驗證，展示了腦機(jī)接口在雙手協(xié)同運動解碼、聽覺目標(biāo)檢測和腦機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)方面的潛力和應(yīng)用前景。

　　北京理工大學(xué)教授畢路拯作報告

 

　　高峰對話
 

　　論壇的高峰對話環(huán)節(jié)由天津大學(xué)副校長明東教授主持，清華大學(xué)高小榕教授，國防科技大學(xué)胡德文教授，琶洲實驗室常務(wù)副主任華南理工大學(xué)李遠(yuǎn)清教授、上海交通大學(xué)呂寶糧教授、西安交通大學(xué)徐光華教授、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院主任醫(yī)師唐毅和中國航天科工集團(tuán)腦機(jī)創(chuàng)新中心首席科學(xué)家張利劍作為對話嘉賓，圍繞主題“展望腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展”展開討論。

　　天津大學(xué)副校長明東教授主持高峰對話

　　高峰對話

 

　　(從左至右依次是：天津大學(xué)副校長明東、清華大學(xué)教授高小榕、國防科技大學(xué)教授胡德文、華南理工大學(xué)教授李遠(yuǎn)清、上海交通大學(xué)教授呂寶糧、西安交通大學(xué)教授徐光華、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師唐毅、中國航天科工集團(tuán)研究員張利劍)

　　與會專家合影

 

　　本論壇旨在搭建產(chǎn)學(xué)研交流合作平臺、推動腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展、堅持“緊跟需求、圍繞核心、服務(wù)專業(yè)、推動技術(shù)進(jìn)步”的原則，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化落地。