“腦機(jī)接口”火了 如何推進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展?

北京時(shí)間8月29日，美國(guó)知名企業(yè)家埃隆·馬斯克用三只小豬展示了其旗下“神經(jīng)連接”公司最新的腦機(jī)接口技術(shù)，引起廣泛關(guān)注。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，雖然這次展示的技術(shù)有創(chuàng)新性，但人類要真正實(shí)現(xiàn)將腦機(jī)接口用于治療腦部疾病，甚至用于記憶存儲(chǔ)、意念控制，仍然有諸多難題需要破解。

這次最大突破是系統(tǒng)集成

腦機(jī)接口是在人與外部設(shè)備間創(chuàng)建的直接信息連接通路。腦機(jī)接口系統(tǒng)將腦信號(hào)作為輸入信號(hào)，然后經(jīng)過信號(hào)處理，從中辨別出人的意圖，最后把人的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)換為命令信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制和與外界的交流;進(jìn)一步，也可以再通過電刺激方式將信息輸入大腦，與大腦進(jìn)行交互。

在發(fā)布會(huì)上，馬斯克展示了一個(gè)只有硬幣大小的腦機(jī)接口設(shè)備，這款設(shè)備用于植入大腦中，建立大腦與外界的聯(lián)系。據(jù)介紹，植入大腦的過程通過一臺(tái)類似縫紉機(jī)的機(jī)器人就可以實(shí)現(xiàn)，手術(shù)可以在1小時(shí)之內(nèi)用微創(chuàng)的方式完成。

馬斯克還用小豬展示了腦機(jī)接口的最新成果。當(dāng)工作人員給小豬喂養(yǎng)食物并進(jìn)行觸碰時(shí)，通過腦機(jī)接口設(shè)備讀取的小豬大腦信號(hào)顯示其處于活躍狀態(tài)。而通過進(jìn)一步讀取其腦電信號(hào)，可以預(yù)測(cè)小豬的運(yùn)動(dòng)步伐和模式。

事實(shí)上，獲取以及簡(jiǎn)單解讀小豬大腦信號(hào)并非前沿技術(shù)，讀取老鼠等動(dòng)物甚至人類大腦信號(hào)在此之前已有先例。早在2014年巴西世界杯，一個(gè)身穿“機(jī)械骨骼戰(zhàn)甲”的癱瘓少年就通過意念控制開出第一球，一些研究也已經(jīng)展示了病人在病床上即可使用意念控制機(jī)器人完成手部基本動(dòng)作。

華南理工大學(xué)腦機(jī)接口與腦信息處理研究中心主任李遠(yuǎn)清分析，相比過往的研究，馬斯克這次展示的技術(shù)，說明其在大腦信號(hào)采集技術(shù)方面取得了很大進(jìn)步;其創(chuàng)新點(diǎn)在于把過去很粗很硬的植入性電極做到了很小很軟，并且一次性集成植入上千個(gè)電極，這種成果是突破性的。

而在復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院副院長(zhǎng)王守巖看來，這次最重要的突破是腦機(jī)接口各項(xiàng)技術(shù)的系統(tǒng)集成。腦機(jī)接口涉及多學(xué)科領(lǐng)域，從電極、電子到神經(jīng)科學(xué);從世界各地報(bào)道的成果來看，有些單項(xiàng)技術(shù)突破遠(yuǎn)比這次展示的強(qiáng)。“但如何將這些技術(shù)集成整合在一起，一直是這個(gè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。而馬斯克展示了一種可能，即通過產(chǎn)學(xué)研合作的模式推動(dòng)從科學(xué)研究成果到產(chǎn)品應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。”他說。

治療腦部疾病?還遠(yuǎn)著呢

馬斯克稱，腦機(jī)接口技術(shù)將能解決包括失眠、抑郁、健忘等在內(nèi)的諸多腦部疾病問題。但專家認(rèn)為，以目前的技術(shù)水平來看，這還是遙遠(yuǎn)的未來。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外腦機(jī)接口研究領(lǐng)域均面臨一些尚未突破的前沿問題，特別是腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)。此次馬斯克演示豬的腦電信號(hào)和運(yùn)動(dòng)軌跡，在業(yè)內(nèi)人士看來，這種信息“還比較宏觀，功能單一”。“科學(xué)家對(duì)運(yùn)動(dòng)功能解碼已經(jīng)做了很多，但與大腦高級(jí)功能如情感、疼痛、記憶相關(guān)的解碼更加復(fù)雜，人類還知之甚少。”王守巖說。

電子科技大學(xué)四川省腦科學(xué)與類腦智能研究院院長(zhǎng)堯德中表示，腦機(jī)接口用于腦部疾病治療，前提是把腦部疾病的致病機(jī)制和機(jī)理搞清楚，這樣才能破解大腦信號(hào)背后的意義并進(jìn)行有效干預(yù)。“人類開展神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)研究已有上百年，但很多機(jī)制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有搞清楚，這個(gè)過程不可能一下子發(fā)生天翻地覆的突破，肯定是循序漸進(jìn)的。”

此外，“讀”信號(hào)難，但“寫”信號(hào)更難。腦機(jī)接口是一個(gè)交互過程，不僅要讀懂腦信號(hào)，還要能進(jìn)行干預(yù)和治療。專家分析，“讀”和“寫”背后涉及的神經(jīng)解碼和編碼機(jī)制仍然是一個(gè)“黑箱”，科學(xué)家對(duì)這個(gè)問題的了解還處在非常初級(jí)的階段，積累很少。

諸多工程技術(shù)也需突破，比如植入材料的生物兼容性問題。在此之前，科學(xué)家也遇到過植入設(shè)備被人體或?qū)嶒?yàn)對(duì)象慢慢排斥，并導(dǎo)致采集的信號(hào)衰減等問題。此外腦機(jī)接口系統(tǒng)帶寬不足，難以支撐未來腦機(jī)之間高速通信的需求，也是限制腦機(jī)接口可用性的重要瓶頸。

科研倫理也是一大挑戰(zhàn)。堯德中分析，此前已經(jīng)有一些動(dòng)物保護(hù)組織抗議馬斯克的腦機(jī)接口研究，而在這次發(fā)布會(huì)上沒有選擇智力水平更高的猴子甚至人來做展示，或許是跟豬的倫理爭(zhēng)議更低有關(guān)。“豬的智力水平是比較低的。這次并沒有去解讀豬的高級(jí)功能，而且也沒有對(duì)豬進(jìn)行控制。”

目前，復(fù)合型人才嚴(yán)重缺失也是制約腦機(jī)接口發(fā)展的重要因素。腦機(jī)接口研究對(duì)學(xué)科交叉的要求非常高，只有在計(jì)算機(jī)、電子工程、機(jī)械控制和系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)等方面都有扎實(shí)基礎(chǔ)的復(fù)合型人才方能勝任該領(lǐng)域前沿研究，而國(guó)內(nèi)外這方面人才儲(chǔ)備相對(duì)不足。在發(fā)布會(huì)上，馬斯克在介紹完最新成果后也發(fā)布了多個(gè)崗位的招聘需求。

如何推進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展?

多位專家表示，作為一門新興的、復(fù)雜的、多學(xué)科交叉技術(shù)，腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，未來前景令人期待。馬斯克這次發(fā)布會(huì)相當(dāng)于做了一次大范圍的科普，各界應(yīng)該抓住機(jī)遇，加速推進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展。

一方面，應(yīng)該創(chuàng)造跨學(xué)科合作的氛圍和平臺(tái)。王守巖表示，目前科學(xué)界腦機(jī)接口領(lǐng)域各個(gè)團(tuán)隊(duì)容易各自為戰(zhàn)，缺乏整合。應(yīng)該搭建更好的溝通交流平臺(tái)，把工程技術(shù)、神經(jīng)生理、臨床醫(yī)學(xué)等多方面相關(guān)人才凝聚在一起，共同研究腦機(jī)接口前沿科學(xué)問題。

另一方面，應(yīng)該建立良好的產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制。“科學(xué)家解決一些理論和核心技術(shù)問題，而公司解決系統(tǒng)集成、共性關(guān)鍵技術(shù)等問題，這需要一些靈魂人物能把各方力量組織起來。”王守巖說。

堯德中表示，由于腦機(jī)接口需要長(zhǎng)期投入，整個(gè)行業(yè)光靠科研資金和少數(shù)公司難以維持和推進(jìn)，需要吸引更多社會(huì)資本加入，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

最后，還應(yīng)該加快腦機(jī)接口科研倫理研究，出臺(tái)規(guī)范性、指導(dǎo)性規(guī)章制度。美國(guó)據(jù)稱已完成近萬例侵入式腦機(jī)接口的臨床手術(shù)。此次馬斯克在發(fā)布會(huì)上也宣布，“神經(jīng)連接”公司已于今年7月獲得美國(guó)食品和藥物管理局的“突破性設(shè)備”認(rèn)定，目前正在籌備進(jìn)行首次人體植入實(shí)驗(yàn)，但尚待獲批以及通過進(jìn)一步安全測(cè)試。專家呼吁，世界各國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)研究與合作，為開展侵入式腦機(jī)接口研究創(chuàng)造條件，做到前沿創(chuàng)新與倫理風(fēng)險(xiǎn)的平衡。(新華社“新華視點(diǎn)”記者馬曉澄、王琳琳)

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