本报记者 崔芳
“我们每天思考、记忆、开心、难过，这些活动到底在大脑里是怎样发生的？我们能不能真正‘看到’思维的过程？能不能提前发现大脑发出的‘故障信号’？”近日，在国家科技传播中心举行的“新天工开物——科技成就发布会”脑认知科学专场活动中，中国科学院生物物理研究所认知科学与心理健康全国重点实验室正高级工程师王帆的发言以一连串问题开始。在他看来，对这些问题的好奇追问，激发了人类对脑科学的探索。而在他心中，问题的答案，就藏在对大脑磁场的极致测量中。
读取大脑活动的信号，尤其是无创快速精准地采集脑信号，是开展脑与认知科学，以及脑机接口研究的核心。“原子磁力计脑磁图是一种基于全新原理的脑成像技术，能够安全、快速、准确地测量大脑的活动，同时也是我国脑成像领域从起步阶段就可进入世界第一方阵的机会。”中国科学院生物物理研究所学术副所长、中国认知科学学会学术委员会主任何生说。
活动当天，王帆团队发布的“穿戴式原子磁力计脑磁图”不但填补了国内穿戴式脑磁图技术的空白，还让我国跻身全球脑成像技术第一梯队。
从“雾里看花”到“高清读脑”
当脑科学致力于破解人类智慧的终极密码，“高清读脑”成为科学家热切追逐的梦想。让这个梦想成为现实的，正是“脑磁图”技术。
“你可能会问，现在不是已经有脑电图了吗？脑磁图与脑电图有什么区别？”王帆打了个形象的比方，“脑电图，就好像是你隔着毛玻璃看一场精彩的舞剧——你能看到人影晃动，知道大概在发生什么，但细节全是模糊的；而脑磁图，就像是你坐在第一排，演员的表情、动作甚至眼神交流，都看得一清二楚。”
两者的巨大差异源于物理本质：脑电图捕捉的是大脑活动时产生的微弱电信号。但电信号穿过脑组织、颅骨时会发生严重失真。而脑磁图技术的原理，则是检测大脑神经活动产生的磁信号。磁场的优点在于它不会被大脑里的各种组织“带偏”，能够几乎无失真地传递出来。因此，脑磁图能更精准、更清晰地反映大脑的实时活动。
然而问题来了：大脑活动产生的磁信号极其微弱——只有地球磁场的十亿分之一。“想要测到它，难度堪比在嘈杂的菜市场里听清一根针掉在地上的声音。”王帆介绍，传统的脑磁图设备必须使用液氦来冷却其超导探测器，导致整个系统非常庞大，像个小型房间。人躺在里面，一点都不能动，连说话或抬下手臂都可能让信号乱成一团。经典科幻电影《黑客帝国》中出现的“电子乌贼”，正是向这一经典技术的致敬。
正因为上述特性，导致脑磁图技术在需求迫切的群体身上难以运用。“比如，帕金森病患者本来就无法自主控制自己的肢体；阿尔茨海默病患者因为有一些认知方面问题，配合度很差；一些精神类疾病如抑郁症、精神分裂症患者，也有神经电活动异常的指征，也大多难以配合。”王帆解释，加之检测费用高昂（近万元一次），使得这项技术在诞生后几十年里主要局限于高端实验室，离普通人非常遥远。
转机出现在本世纪初，一种全新的探测器——原子磁力计问世。它不再依赖低温超导，却同样能捕捉到极弱磁场，可以更灵活、更精准地观测大脑，仿佛为科学家配备了“超清透视镜”。一场基于原子磁力计的穿戴式脑磁图技术竞赛由此开启。
走最难的路，研发最好的技术
2012年，27岁的王帆在海外取得博士学位后归国，加入中国科学院生物物理研究所，立志从零开始，建设中国的脑磁图技术研究平台。最初的5年，他几乎将所有精力都投入平台搭建，论文产出寥寥。“眼看同学、师弟师妹们在顶级学术期刊发表了论文，成了科研项目负责人，说没有压力是假的。”王帆说，但幸运的是，他所在的研究所提供了极为包容的环境，让他可以心无旁骛进行实验平台建设。
2018年，国外科研团队率先推出基于原子磁力计的穿戴式脑磁图，实现了在运动状态下测量大脑活动。这一进展立即引起全球学术界瞩目，因为它不仅性能卓越，使用也更加便捷——准备时间从原来的半小时缩短至一两分钟，连婴儿都能配合完成检测。
同年，王帆团队成功研制出国内首台多通道原子磁力计脑磁图原型机，迈过了国产可穿戴脑磁图自主研发的第一道门槛。
“但很快，我们遇到了所有中国科技团队都可能遇到的问题：核心技术掌握在别人手里。”王帆解释，当时，最关键的零件——探测器和磁屏蔽室全部依赖进口，“我们想优化算法、提升性能，但人家根本不开放底层权限。这就像你买了一台手机，却不能自己装软件、不能调整设置，永远只能用别人设定好的功能”。
王帆回忆，那时，面对国际技术路线“群雄逐鹿”的局面，他们其实有很多方案可选：可以选择更容易出成果的简易方案，在核心技术外购的基础上，一直跟在第一梯队身后进行有限升级；也可以坚持攻克大动态多轴探测器、穿戴式系统、高性能屏蔽室等主流技术难点。
王帆团队意识到，没有底层技术，就永远受制于人。“我们反复讨论后，还是决定走最难的路，研发最好的技术。”王帆说，从2019年开始，团队下定决心，从最难的核心技术开始突破。
第一个难关是探测器的研发。该团队花了4年时间，反复尝试、打磨，于2023年终于实现高性能探测器的稳定量产。该探测器的性能达到世界先进水平，部分指标甚至国际领先。
第二个难关是磁屏蔽室。王帆坚定地认为，高精尖技术如果止步于“少数人的玩具”，就不是真正的成功。穿戴式原子磁力计脑磁图必须能真正走向临床和应用。“以前的磁屏蔽室全是又大又重的‘铁房子’，根本动不了。我们把它变成了可移动、可快速组装的‘静音空间’，就像给大脑测量配了一个‘超级降噪耳机’，隔绝一切外界干扰。”王帆表示，有了这两项突破，他和同事们做了一个“更酷的东西”——全球第一台“移动式脑磁图方舱”，即把整个脑磁图系统装在一个集装箱里，用一辆普通卡车拉着到处跑。“学校、幼儿园、养老院、社区医院、偏远地区……哪里需要，我们就去哪。彻底打破了传统脑磁图对固定实验室的依赖。”王帆说。
更重要的是，该团队把成本“打”下来了。一次检查费用将来有望降到千元以下，让大规模筛查、早期诊断成为可能。“我们的系统可以24小时稳定运行，效率远超早期的进口设备。最关键的是，技术完全掌握在我们自己手里！”发布会上，王帆自豪地宣布。
科技的温度，在于服务每一个人
“穿戴式原子磁力计脑磁图是脑成像技术的一次革命，克服了传统脑磁图高成本和低灵活性的缺陷，可以广泛应用在脑科学研究、脑疾病诊断和脑机接口等不同领域。”对于该项技术，何生称赞道。
这项技术到底能做什么？它能带来哪些改变？王帆一一予以回应。首先，它让大脑检测变得简单、快速、舒适。孩子不用再被逼着一动不动，老人不用再奔波到大医院排队。做脑磁检查，就像做心电图一样方便。其次，它有望早期发现很多与大脑相关疾病，比如，儿童的孤独症谱系障碍、注意缺陷多动障碍，老年人的阿尔茨海默病、帕金森病，还有抑郁症、焦虑症等精神心理问题。早发现才能早干预、早治疗。此外，它还能为脑机接口、人工智能等前沿领域提供高质量的数据支撑，推动整个行业发展。
“最重要的是，它有望让高端医疗技术真正走进普通人的生活。这才是科技真正该有的温度——不是高高在上，而是服务每一个人。”王帆说。
王帆透露，他们正在推进该技术在一系列儿童神经发育障碍如孤独症谱系障碍、注意缺陷多动障碍等患者中的应用。通过该技术的穿戴式记录，为相关疾病防治研究提供强有力的工具：在健康儿童青少年中获得大量高质量的数据，建立我国儿童青少年心理发育的高精度、低偏差的常模大数据库。
“有了这些基线数据，能及时发现孩子发育中出现的认知问题。另一方面，它还可以作为筛查手段，对处于关键发育阶段尤其是已经有了一些初步症状的孩子，进行快速筛查和基于生理学数据的初步诊断。”王帆谈到，因为很多儿童时期的神经发育障碍是有黄金干预期的，而通常在黄金干预期之前进行诊断又非常困难。“穿戴式原子磁力计脑磁图有望提供一种更客观的生理指标进行快速筛查，加上医生的确诊和治疗，将会对我国儿童整体脑健康状况的改善有很大帮助。”王帆表示，该团队还在推进该技术在儿童视神经相关疾病中的应用研究。
“今天，我们在技术突破这条路上迈出了一小步。未来，还有很长的路要走。”王帆说，“我们要做的不是容易的事，而是正确的事。只要方向是对的，就不怕路远。”