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圖為天津大學(xué)科研人員正在對腦機(jī)接口外骨骼機(jī)器人開展功能測試。受訪者供圖

“我國腦機(jī)接口正處于創(chuàng)新突破和應(yīng)用拓展的關(guān)鍵時(shí)期，亟須自主培養(yǎng)一批具備多元化能力的復(fù)合型人才，為腦機(jī)接口領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。”近日，天津大學(xué)副校長、醫(yī)學(xué)部執(zhí)行主任明東在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)表示，天津大學(xué)不久前迎來我國腦機(jī)接口專業(yè)方向首批本科生。這不僅是對國家重大戰(zhàn)略需求的積極響應(yīng)，更促進(jìn)了這一領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用。

為何設(shè)置腦機(jī)接口專業(yè)方向？腦機(jī)接口專業(yè)方向?qū)W什么，主要培養(yǎng)哪方面人才？帶著這些問題，記者來到天津大學(xué)進(jìn)行探訪。

面臨人才缺口

天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“靈犀指”系統(tǒng)是一種無創(chuàng)腦機(jī)接口康復(fù)系統(tǒng)，目前已在天津市環(huán)湖醫(yī)院歷經(jīng)半年多的臨床驗(yàn)證。利用該系統(tǒng)，患者只要佩戴上腦電帽就能通過讀取腦電信息來操控機(jī)器手指，加速了患者的康復(fù)進(jìn)度。這體現(xiàn)了腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的巨大潛力。

腦機(jī)接口技術(shù)旨在搭建大腦與外部設(shè)備之間的直接溝通橋梁。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不止于醫(yī)療，它將徹底改變?nèi)祟惻c數(shù)字世界互動(dòng)的方式，并在醫(yī)療、教育、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域帶來革命性的變革。

“隨著生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，以腦機(jī)接口、人工智能等為代表的新興技術(shù)已成為國家重點(diǎn)關(guān)注和布局的突破口。”天津大學(xué)醫(yī)工院副院長許敏鵬認(rèn)為，腦機(jī)接口已成為全球科技競爭的制高點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)融合的必經(jīng)之路，也是國家“四個(gè)面向”戰(zhàn)略導(dǎo)向下新質(zhì)生產(chǎn)力的典范。

根據(jù)全球市場研究供應(yīng)商Acumen Research and Consulting預(yù)測，從2020年至2027年，全球腦機(jī)接口市場將以約13.8%的復(fù)合年增長率增長，預(yù)計(jì)到2027年市值將超過34.763億美元。

而在今年初，工業(yè)和信息化部等七部門發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，指出要打造腦機(jī)接口等在內(nèi)的創(chuàng)新標(biāo)志性產(chǎn)品，做強(qiáng)未來高端裝備。這標(biāo)志著我國腦機(jī)接口已進(jìn)入創(chuàng)新突破和應(yīng)用拓展關(guān)鍵期。

“截至目前，我國已經(jīng)有包括高校、研究所、企業(yè)、醫(yī)院等在內(nèi)的200余家單位開展腦機(jī)接口業(yè)務(wù)，但我國腦機(jī)接口領(lǐng)域人才缺口近萬人，預(yù)計(jì)到2030年，人才缺口將達(dá)到20萬人?！痹S敏鵬說。

創(chuàng)新培養(yǎng)模式

“‘交叉融合’是這個(gè)專業(yè)方向最鮮明的特征?！痹S敏鵬介紹，腦機(jī)接口專業(yè)方向涵蓋了醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子、機(jī)械、材料、信息等多學(xué)科知識(shí)，課程中包含工程思維訓(xùn)練、腦機(jī)智能倫理等內(nèi)容。

由于腦機(jī)接口涵蓋信號采集、處理、控制反饋及系統(tǒng)應(yīng)用等多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，因此，課程設(shè)置也相應(yīng)地圍繞這些環(huán)節(jié)展開，以確保學(xué)生能夠系統(tǒng)學(xué)習(xí)、全面掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。以信號采集為例，學(xué)生需要使用材料科學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)生物傳感電極，需要運(yùn)用電路知識(shí)設(shè)計(jì)放大器以增強(qiáng)微弱神經(jīng)信號的可分析性，還需要機(jī)械相關(guān)知識(shí)進(jìn)行信號采集系統(tǒng)的外觀設(shè)計(jì)等。

此外，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展的目標(biāo)，腦機(jī)接口專業(yè)方向還將圍繞神經(jīng)科學(xué)原理、傳感材料與電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、腦機(jī)接口編解碼技術(shù)、人因工程與神經(jīng)工效等內(nèi)容，構(gòu)建厚基礎(chǔ)、寬口徑的核心課程體系。

同時(shí)，學(xué)校打造項(xiàng)目式課程或課程群，實(shí)施目標(biāo)導(dǎo)向的模塊化教學(xué)，并將根據(jù)學(xué)生職業(yè)規(guī)劃方向，設(shè)置目標(biāo)導(dǎo)向的模塊化選修課程體系，為學(xué)生提供跨學(xué)科發(fā)展的廣闊平臺(tái)。

天津大學(xué)醫(yī)學(xué)院副院長楊佳佳認(rèn)為，腦機(jī)接口專業(yè)方向?qū)處熽?duì)伍的素質(zhì)與能力提出了更高要求?！敖處煈?yīng)該具備跨學(xué)科背景、精通專業(yè)領(lǐng)域核心內(nèi)容，并緊跟科技發(fā)展步伐，不斷更新自身知識(shí)體系、豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，確保人才培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)?！睏罴鸭颜f。

教學(xué)過程中，教師需要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方法與模式，確保教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。此外，良好的工程實(shí)踐能力、跨界整合資源以及解決復(fù)雜工程問題的能力，也是教師不可或缺的技能與素養(yǎng)。

“我們通過輻射式學(xué)科布局、項(xiàng)目式課程體系、校企協(xié)同教學(xué)生態(tài)，努力打造學(xué)科融通、課程融通、科教融匯、產(chǎn)教融合的創(chuàng)新培養(yǎng)模式?！痹S敏鵬表示，“希望按照這種模式培養(yǎng)的學(xué)生，能把握世界科技前沿并結(jié)合國家需求，具備跨學(xué)科的知識(shí)儲(chǔ)備和綜合素質(zhì)，推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。”

就業(yè)前景廣闊

天津大學(xué)在腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域長期保持國際領(lǐng)先地位，相關(guān)專業(yè)方向優(yōu)勢顯著。腦機(jī)接口專業(yè)方向由天津大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院與醫(yī)學(xué)院共同建立，匯聚天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部、電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院、微電子學(xué)院、智能與計(jì)算學(xué)部、數(shù)學(xué)學(xué)院以及材料科學(xué)與工程學(xué)院等多方優(yōu)質(zhì)資源。

“我們集聚國內(nèi)頂尖腦機(jī)接口研究團(tuán)隊(duì)，形成了涵蓋腦機(jī)交互基礎(chǔ)理論、器件系統(tǒng)開發(fā)、轉(zhuǎn)化應(yīng)用全鏈條的跨學(xué)科科研與教學(xué)體系，為腦機(jī)接口專業(yè)方向教學(xué)與研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！痹S敏鵬說。

在招生方面，腦機(jī)接口專業(yè)方向采取入校后二次選拔機(jī)制，面向全校新生開放報(bào)名。經(jīng)過綜合測試、專家面試等環(huán)節(jié)的嚴(yán)格篩選，最終擇優(yōu)錄取20名新生進(jìn)入該專業(yè)方向?qū)W習(xí)。

“選拔過程中，我們不僅關(guān)注學(xué)生數(shù)學(xué)、物理及相關(guān)競賽的成績，更重視他們自主學(xué)習(xí)、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造、溝通協(xié)作等方面的能力以及批判性思維、團(tuán)隊(duì)合作等綜合素質(zhì)?！睏罴鸭颜f。

許敏鵬表示，未來，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷發(fā)展，該專業(yè)方向畢業(yè)生將擁有更加廣闊的就業(yè)前景。他們可以在腦機(jī)接口、醫(yī)療器械、人工智能、智能控制等相關(guān)企業(yè)或研發(fā)機(jī)構(gòu)從事腦機(jī)接口產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、測試、生產(chǎn)等工作，或在大型綜合性醫(yī)院或醫(yī)療機(jī)構(gòu)，從事醫(yī)學(xué)康復(fù)、儀器維護(hù)等相關(guān)工作，也可在科研院所或高校從事教學(xué)、科研或者管理工作，甚至可以在政府機(jī)關(guān)從事與專業(yè)相關(guān)的政策規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)制定、質(zhì)量監(jiān)管和社會(huì)服務(wù)等工作。

“我們的目標(biāo)是培養(yǎng)一批在生物與信息融合領(lǐng)域具備設(shè)計(jì)、制造、研發(fā)未來生物智能電子接口能力，引領(lǐng)腦機(jī)交互技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程師和科學(xué)家?！痹S敏鵬說。

（記者 陳 曦）