怎樣才能突破身體的限制，用意識(shí)與萬(wàn)物相連？在《西游記》中，孫悟空擁有憑借意念隔空取物的超能力。如今，腦機(jī)接口技術(shù)可以建立大腦與外部設(shè)備的直接通信，幫助人類實(shí)現(xiàn)從“手到擒來”到“心想物來”。
近日，美國(guó)企業(yè)家埃隆·馬斯克宣布，他的腦機(jī)接口公司完成了向人體移植腦機(jī)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(shí)，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合宣布，他們已經(jīng)成功完成全球首例無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)。這項(xiàng)臨床試驗(yàn)讓一位因車禍造成脊髓損傷、四肢癱瘓長(zhǎng)達(dá)14年的患者在術(shù)后進(jìn)行3個(gè)月的康復(fù)訓(xùn)練后，通過腦電活動(dòng)控制氣動(dòng)手套，完成了自主喝水等日?；顒?dòng)，其抓握準(zhǔn)確率超過90%。
這些案例表明，腦機(jī)接口技術(shù)正實(shí)現(xiàn)從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到人體移植的跨越。當(dāng)前，腦機(jī)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(yùn)動(dòng)、交流、感知功能上。
腦機(jī)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?qǐng)?bào)記者采訪了腦機(jī)接口領(lǐng)域的專家。
腦科學(xué)發(fā)展催生腦機(jī)接口技術(shù)
腦機(jī)接口是在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建信息通道，實(shí)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(dòng)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型等對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行解碼，解析出其中蘊(yùn)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(shí)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(hào)，構(gòu)成一個(gè)交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。
腦機(jī)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(guó)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(cè)被運(yùn)用于臨床實(shí)踐中。1969年，美國(guó)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院利用猴子進(jìn)行腦電生物反饋的研究，這標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)開始成形。1998年，美國(guó)布朗大學(xué)約翰·多諾霍博士及所在團(tuán)隊(duì)，將電腦芯片和人腦連接，使人腦能對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，利用腦機(jī)接口控制電腦、機(jī)械臂等技術(shù)已經(jīng)較為成熟。
不少國(guó)家和地區(qū)已從國(guó)家戰(zhàn)略層面對(duì)腦機(jī)接口進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。美國(guó)于2013年發(fā)布“美國(guó)創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)大腦研究計(jì)劃”，歐盟于2013年啟動(dòng)“人類腦計(jì)劃”，日本于2014年發(fā)布“日本大腦研究計(jì)劃”。此后，我國(guó)也發(fā)布了“腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究”，即“中國(guó)腦計(jì)劃”。
在醫(yī)學(xué)上展現(xiàn)出強(qiáng)大生命力
根據(jù)腦電信號(hào)獲取的方式，腦機(jī)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(jī)接口，通過開顱手術(shù)放入電極接觸神經(jīng)元細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)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(jī)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(huì)對(duì)人腦造成二次損傷。并且隨著植入時(shí)間延長(zhǎng)，電極被結(jié)締組織包裹，信號(hào)有可能逐漸衰弱甚至消失。”
非侵入式腦機(jī)接口在頭皮外側(cè)以無(wú)創(chuàng)的方式采集腦信號(hào)，在商業(yè)化場(chǎng)景中潛力巨大，正朝著低成本、便攜化、多元化方向發(fā)展。強(qiáng)腦科技合伙人兼高級(jí)副總裁何熙昱錦說：“用戶要的是效果，要求腦機(jī)接口做到功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用。非侵入式腦機(jī)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(hào)較為微弱，因此需要強(qiáng)大的信息解碼能力，否則解析的腦電信號(hào)會(huì)偏離用戶真實(shí)意圖。”
介入式腦機(jī)接口指通過介入手術(shù)將電極等信號(hào)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(hào)采集的腦機(jī)接口技術(shù)。2023年，段峰團(tuán)隊(duì)牽頭的全球首例非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)獲得成功。
盡管目前腦機(jī)接口仍處于起步階段，但依然在醫(yī)學(xué)上表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。腦機(jī)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(jī)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(jìn)入大腦，傳統(tǒng)藥物對(duì)于治療抑郁癥、帕金森病等疾病效果微弱。腦機(jī)接口技術(shù)通過對(duì)神經(jīng)核團(tuán)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(tuán)隊(duì)陸續(xù)嘗試對(duì)26位患者使用腦機(jī)接口技術(shù)治療抑郁癥。再如，治療帕金森病時(shí)，可以使用電極刺激大腦中的運(yùn)動(dòng)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(xiàng)交互性技術(shù)，腦機(jī)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(duì)人腦施加影響。這樣一來，人類能通過腦機(jī)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(jìn)而推動(dòng)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(jī)接口運(yùn)用于發(fā)掘人腦潛力。何熙昱錦認(rèn)為，腦機(jī)接口設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)讀取腦電信號(hào)，再通過軟件及時(shí)給予視覺、聽覺反饋。運(yùn)動(dòng)員就可以通過非侵入式腦機(jī)接口訓(xùn)練專注力。
大腦與萬(wàn)物互聯(lián)道阻且長(zhǎng)
“腦機(jī)接口是一項(xiàng)萌芽技術(shù)，又涉及到計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械等多種學(xué)科，我們需要給腦機(jī)接口研究更多時(shí)間、更多寬容。”段峰坦言。
目前，對(duì)于意識(shí)，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(jī)接口技術(shù)，距離真正實(shí)現(xiàn)大腦與萬(wàn)物互聯(lián)還有很長(zhǎng)的路要走。
當(dāng)這一天真的到來時(shí)，一方面，人們可以將互聯(lián)網(wǎng)作為容量無(wú)限的外置大腦，直接獲取人類積累的全部知識(shí)，所思所想也可以實(shí)時(shí)上傳、備份。這將徹底顛覆人與世界的互動(dòng)方式。但另一方面，當(dāng)思想可以被讀取、上傳時(shí)，因此帶來的隱私問題也成為人類必須面對(duì)的難題。
作為一項(xiàng)新技術(shù)，腦機(jī)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(dòng)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)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(jī)接口”位列其中。意見明確要“突破腦機(jī)融合、類腦芯片、大腦計(jì)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(jī)接口產(chǎn)品，鼓勵(lì)探索在醫(yī)療康復(fù)、無(wú)人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等典型領(lǐng)域的應(yīng)用”，這為腦機(jī)接口的發(fā)展指明了方向。2月，國(guó)家科技倫理委員會(huì)人工智能倫理分委員會(huì)研究編制了《腦機(jī)接口研究倫理指引》，指出“腦機(jī)接口研究應(yīng)適度且無(wú)傷害，研究的根本目的是輔助、增強(qiáng)、修復(fù)人體的感覺—運(yùn)動(dòng)功能或提升人機(jī)交互能力”。
千年前，李商隱寫下“身無(wú)彩鳳雙飛翼，心有靈犀一點(diǎn)通”。如今，腦機(jī)接口正在連接大腦與萬(wàn)物，突破身體的限制，將“心有靈犀”的邊界拓展至無(wú)限。
怎樣才能突破身體的限制，用意識(shí)與萬(wàn)物相連？在《西游記》中，孫悟空擁有憑借意念隔空取物的超能力。如今，腦機(jī)接口技術(shù)可以建立大腦與外部設(shè)備的直接通信，幫助人類實(shí)現(xiàn)從“手到擒來”到“心想物來”。
近日，美國(guó)企業(yè)家埃隆·馬斯克宣布，他的腦機(jī)接口公司完成了向人體移植腦機(jī)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(shí)，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合宣布，他們已經(jīng)成功完成全球首例無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)。這項(xiàng)臨床試驗(yàn)讓一位因車禍造成脊髓損傷、四肢癱瘓長(zhǎng)達(dá)14年的患者在術(shù)后進(jìn)行3個(gè)月的康復(fù)訓(xùn)練后，通過腦電活動(dòng)控制氣動(dòng)手套，完成了自主喝水等日常活動(dòng)，其抓握準(zhǔn)確率超過90%。
這些案例表明，腦機(jī)接口技術(shù)正實(shí)現(xiàn)從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到人體移植的跨越。當(dāng)前，腦機(jī)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(yùn)動(dòng)、交流、感知功能上。
腦機(jī)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?qǐng)?bào)記者采訪了腦機(jī)接口領(lǐng)域的專家。
腦科學(xué)發(fā)展催生腦機(jī)接口技術(shù)
腦機(jī)接口是在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建信息通道，實(shí)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(dòng)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型等對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行解碼，解析出其中蘊(yùn)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(shí)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(hào)，構(gòu)成一個(gè)交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。
腦機(jī)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(guó)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(cè)被運(yùn)用于臨床實(shí)踐中。1969年，美國(guó)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院利用猴子進(jìn)行腦電生物反饋的研究，這標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)開始成形。1998年，美國(guó)布朗大學(xué)約翰·多諾霍博士及所在團(tuán)隊(duì)，將電腦芯片和人腦連接，使人腦能對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，利用腦機(jī)接口控制電腦、機(jī)械臂等技術(shù)已經(jīng)較為成熟。
不少國(guó)家和地區(qū)已從國(guó)家戰(zhàn)略層面對(duì)腦機(jī)接口進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。美國(guó)于2013年發(fā)布“美國(guó)創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)大腦研究計(jì)劃”，歐盟于2013年啟動(dòng)“人類腦計(jì)劃”，日本于2014年發(fā)布“日本大腦研究計(jì)劃”。此后，我國(guó)也發(fā)布了“腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究”，即“中國(guó)腦計(jì)劃”。
在醫(yī)學(xué)上展現(xiàn)出強(qiáng)大生命力
根據(jù)腦電信號(hào)獲取的方式，腦機(jī)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(jī)接口，通過開顱手術(shù)放入電極接觸神經(jīng)元細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)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(jī)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(huì)對(duì)人腦造成二次損傷。并且隨著植入時(shí)間延長(zhǎng)，電極被結(jié)締組織包裹，信號(hào)有可能逐漸衰弱甚至消失。”
非侵入式腦機(jī)接口在頭皮外側(cè)以無(wú)創(chuàng)的方式采集腦信號(hào)，在商業(yè)化場(chǎng)景中潛力巨大，正朝著低成本、便攜化、多元化方向發(fā)展。強(qiáng)腦科技合伙人兼高級(jí)副總裁何熙昱錦說：“用戶要的是效果，要求腦機(jī)接口做到功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用。非侵入式腦機(jī)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(hào)較為微弱，因此需要強(qiáng)大的信息解碼能力，否則解析的腦電信號(hào)會(huì)偏離用戶真實(shí)意圖。”
介入式腦機(jī)接口指通過介入手術(shù)將電極等信號(hào)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(hào)采集的腦機(jī)接口技術(shù)。2023年，段峰團(tuán)隊(duì)牽頭的全球首例非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)獲得成功。
盡管目前腦機(jī)接口仍處于起步階段，但依然在醫(yī)學(xué)上表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。腦機(jī)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(jī)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(jìn)入大腦，傳統(tǒng)藥物對(duì)于治療抑郁癥、帕金森病等疾病效果微弱。腦機(jī)接口技術(shù)通過對(duì)神經(jīng)核團(tuán)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(tuán)隊(duì)陸續(xù)嘗試對(duì)26位患者使用腦機(jī)接口技術(shù)治療抑郁癥。再如，治療帕金森病時(shí)，可以使用電極刺激大腦中的運(yùn)動(dòng)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(xiàng)交互性技術(shù)，腦機(jī)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(duì)人腦施加影響。這樣一來，人類能通過腦機(jī)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(jìn)而推動(dòng)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(jī)接口運(yùn)用于發(fā)掘人腦潛力。何熙昱錦認(rèn)為，腦機(jī)接口設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)讀取腦電信號(hào)，再通過軟件及時(shí)給予視覺、聽覺反饋。運(yùn)動(dòng)員就可以通過非侵入式腦機(jī)接口訓(xùn)練專注力。
大腦與萬(wàn)物互聯(lián)道阻且長(zhǎng)
“腦機(jī)接口是一項(xiàng)萌芽技術(shù)，又涉及到計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械等多種學(xué)科，我們需要給腦機(jī)接口研究更多時(shí)間、更多寬容。”段峰坦言。
目前，對(duì)于意識(shí)，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(jī)接口技術(shù)，距離真正實(shí)現(xiàn)大腦與萬(wàn)物互聯(lián)還有很長(zhǎng)的路要走。
當(dāng)這一天真的到來時(shí)，一方面，人們可以將互聯(lián)網(wǎng)作為容量無(wú)限的外置大腦，直接獲取人類積累的全部知識(shí)，所思所想也可以實(shí)時(shí)上傳、備份。這將徹底顛覆人與世界的互動(dòng)方式。但另一方面，當(dāng)思想可以被讀取、上傳時(shí)，因此帶來的隱私問題也成為人類必須面對(duì)的難題。
作為一項(xiàng)新技術(shù)，腦機(jī)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(dòng)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)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(jī)接口”位列其中。意見明確要“突破腦機(jī)融合、類腦芯片、大腦計(jì)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(jī)接口產(chǎn)品，鼓勵(lì)探索在醫(yī)療康復(fù)、無(wú)人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等典型領(lǐng)域的應(yīng)用”，這為腦機(jī)接口的發(fā)展指明了方向。2月，國(guó)家科技倫理委員會(huì)人工智能倫理分委員會(huì)研究編制了《腦機(jī)接口研究倫理指引》，指出“腦機(jī)接口研究應(yīng)適度且無(wú)傷害，研究的根本目的是輔助、增強(qiáng)、修復(fù)人體的感覺—運(yùn)動(dòng)功能或提升人機(jī)交互能力”。
千年前，李商隱寫下“身無(wú)彩鳳雙飛翼，心有靈犀一點(diǎn)通”。如今，腦機(jī)接口正在連接大腦與萬(wàn)物，突破身體的限制，將“心有靈犀”的邊界拓展至無(wú)限。
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