腦機接口將為人類帶來什么

　　近日，美國企業(yè)家埃隆·馬斯克宣布，他的腦機接口公司完成了向人體移植腦機接口設(shè)備的工作，意在幫助癱瘓患者用意念控制電腦。幾乎同時，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院團隊和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院團隊聯(lián)合宣布，他們已經(jīng)成功完成全球首例無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗。這項臨床試驗讓一位因車禍造成脊髓損傷、四肢癱瘓長達14年的患者在術(shù)后進行3個月的康復(fù)訓(xùn)練后，通過腦電活動控制氣動手套，完成了自主喝水等日?；顒?，其抓握準(zhǔn)確率超過90%。

圖為世界機器人大會上展示的腦機接口設(shè)備。 新華社記者 李欣攝

　　這些案例表明，腦機接口技術(shù)正實現(xiàn)從動物實驗到人體移植的跨越。當(dāng)前，腦機接口技術(shù)正處于技術(shù)爆發(fā)期，目前主要應(yīng)用在幫助神經(jīng)性癱瘓患者改善運動、交流、感知功能上。

　　腦機接口是什么？它處在怎樣的發(fā)展階段？前景如何？需要從哪些方面規(guī)范這一技術(shù)？帶著這些問題，科技日報記者采訪了腦機接口領(lǐng)域的專家。

　　腦科學(xué)發(fā)展催生腦機接口技術(shù)

　　腦機接口是在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建信息通道，實現(xiàn)兩者之間直接信息交互的新型交叉技術(shù)。它通過記錄裝置采集大腦神經(jīng)活動，利用機器學(xué)習(xí)模型等對神經(jīng)活動進行解碼，解析出其中蘊含的主觀意圖等信息，并基于這些信息輸出相應(yīng)指令，操控外部裝置實現(xiàn)與人類主觀意愿一致的行為。此外，它還能接收來自外部設(shè)備的反饋信號，構(gòu)成一個交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。

　　腦機接口的發(fā)展與腦科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)。20世紀(jì)20年代，德國精神科醫(yī)生漢斯·貝格爾首次記錄到人的腦電波。從此，腦電波監(jiān)測被運用于臨床實踐中。1969年，美國華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院利用猴子進行腦電生物反饋的研究，這標(biāo)志著腦機接口技術(shù)開始成形。1998年，美國布朗大學(xué)約翰·多諾霍博士及所在團隊，將電腦芯片和人腦連接，使人腦能對其他設(shè)備進行遠程控制。

　　近年來，隨著生物醫(yī)學(xué)、通信和人工智能等領(lǐng)域技術(shù)水平的顯著提升，腦機接口技術(shù)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，利用腦機接口控制電腦、機械臂等技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

　　不少國家和地區(qū)已從國家戰(zhàn)略層面對腦機接口進行了頂層設(shè)計。美國于2013年發(fā)布“美國創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)大腦研究計劃”，歐盟于2013年啟動“人類腦計劃”，日本于2014年發(fā)布“日本大腦研究計劃”。此后，我國也發(fā)布了“腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究”，即“中國腦計劃”。

　　在醫(yī)學(xué)上展現(xiàn)出強大生命力

　　根據(jù)腦電信號獲取的方式，腦機接口可分為侵入式、非侵入式和介入式三種。馬斯克的公司采用的技術(shù)路線是侵入式腦機接口，通過開顱手術(shù)放入電極接觸神經(jīng)元細胞，實現(xiàn)腦電信號的獲取及解碼。南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授段峰介紹：“侵入式腦機接口屬于有創(chuàng)傷植入，技術(shù)難度大，存在繼發(fā)感染的可能性。一旦發(fā)生顱腦感染、電極出現(xiàn)故障或電極壽命結(jié)束，需將電極取出，否則會對人腦造成二次損傷。并且隨著植入時間延長，電極被結(jié)締組織包裹，信號有可能逐漸衰弱甚至消失。”

　　非侵入式腦機接口在頭皮外側(cè)以無創(chuàng)的方式采集腦信號，在商業(yè)化場景中潛力巨大，正朝著低成本、便攜化、多元化方向發(fā)展。強腦科技合伙人兼高級副總裁何熙昱錦說：“用戶要的是效果，要求腦機接口做到功能強大、簡單易用。非侵入式腦機接口的技術(shù)特性剛好能夠滿足用戶的這一需求。但這種方式獲取的腦電信號較為微弱，因此需要強大的信息解碼能力，否則解析的腦電信號會偏離用戶真實意圖。”

　　介入式腦機接口指通過介入手術(shù)將電極等信號記錄裝置從血管導(dǎo)入到特定腦區(qū)，是一種低傷害、高精度、高通量腦內(nèi)神經(jīng)信號采集的腦機接口技術(shù)。2023年，段峰團隊牽頭的全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗獲得成功。

　　盡管目前腦機接口仍處于起步階段，但依然在醫(yī)學(xué)上表現(xiàn)出強大的生命力。腦機接口可以成為連接癱瘓患者大腦和外部“軀干”的橋梁，幫助他們用意念取物。同理，腦機接口也可以使殘疾人的假肢更精準(zhǔn)地執(zhí)行大腦指令。由于血腦屏障的存在，大部分藥物難以通過血管進入大腦，傳統(tǒng)藥物對于治療抑郁癥、帕金森病等疾病效果微弱。腦機接口技術(shù)通過對神經(jīng)核團的直接調(diào)控干預(yù)，或可在腦部疾病治療方面起到意想不到的效果。2020年起，上海瑞金醫(yī)院孫伯民團隊陸續(xù)嘗試對26位患者使用腦機接口技術(shù)治療抑郁癥。再如，治療帕金森病時，可以使用電極刺激大腦中的運動神經(jīng)，遏制大腦的異常放電，緩解帕金森病人的顫抖等癥狀。作為一項交互性技術(shù)，腦機接口技術(shù)既可以獲取人腦的信息，又可通過侵入或非侵入式的技術(shù)手段對人腦施加影響。這樣一來，人類能通過腦機接口，從曾經(jīng)不夠了解的大腦區(qū)域獲得更多數(shù)據(jù)，進而推動腦科學(xué)的迅速發(fā)展。

　　在日常生活中，商業(yè)公司正在嘗試將腦機接口運用于發(fā)掘人腦潛力。何熙昱錦認為，腦機接口設(shè)備能夠?qū)崟r讀取腦電信號，再通過軟件及時給予視覺、聽覺反饋。運動員就可以通過非侵入式腦機接口訓(xùn)練專注力。

　　大腦與萬物互聯(lián)道阻且長

　　“腦機接口是一項萌芽技術(shù)，又涉及到計算機、醫(yī)學(xué)、機械等多種學(xué)科，我們需要給腦機接口研究更多時間、更多寬容。”段峰坦言。

　　目前，對于意識，科學(xué)家并沒有完全探索清楚。因此，基于腦科學(xué)研究發(fā)展起來的腦機接口技術(shù)，距離真正實現(xiàn)大腦與萬物互聯(lián)還有很長的路要走。

　　當(dāng)這一天真的到來時，一方面，人們可以將互聯(lián)網(wǎng)作為容量無限的外置大腦，直接獲取人類積累的全部知識，所思所想也可以實時上傳、備份。這將徹底顛覆人與世界的互動方式。但另一方面，當(dāng)思想可以被讀取、上傳時，因此帶來的隱私問題也成為人類必須面對的難題。

　　作為一項新技術(shù)，腦機接口需要政策的規(guī)范。今年1月，工業(yè)和信息化部等七部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，公布了未來產(chǎn)業(yè)十大創(chuàng)新標(biāo)志性產(chǎn)品，“腦機接口”位列其中。意見明確要“突破腦機融合、類腦芯片、大腦計算神經(jīng)模型等關(guān)鍵技術(shù)和核心器件，研制一批易用安全的腦機接口產(chǎn)品，鼓勵探索在醫(yī)療康復(fù)、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實等典型領(lǐng)域的應(yīng)用”，這為腦機接口的發(fā)展指明了方向。2月，國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會研究編制了《腦機接口研究倫理指引》，指出“腦機接口研究應(yīng)適度且無傷害，研究的根本目的是輔助、增強、修復(fù)人體的感覺—運動功能或提升人機交互能力”。

　　千年前，李商隱寫下“身無彩鳳雙飛翼，心有靈犀一點通”。如今，腦機接口正在連接大腦與萬物，突破身體的限制，將“心有靈犀”的邊界拓展至無限。