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)，這場(chǎng)全球矚目的直播再次激發(fā)了人們對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的熱情和期待。

這場(chǎng)發(fā)布會(huì)主要展示了腦機(jī)接口技術(shù)在工程學(xué)上的新進(jìn)展，展示了腦機(jī)接口產(chǎn)品未來有望更加便捷易用。 業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，雖然這次展示的技術(shù)有創(chuàng)新性，但腦機(jī)接口在一些關(guān)鍵技術(shù)方面仍有待突破，距離科幻作品中的“存儲(chǔ)和提取記憶”“超級(jí)人類”依然十分遙遠(yuǎn)。

馬斯克的“神經(jīng)連接”做了什么

腦機(jī)接口近幾年“大熱”，全球幾家科技公司的巨額投資及技術(shù)創(chuàng)新成果是主要推動(dòng)力。去年夏天，美國(guó)社交媒體臉書投資的“語音解碼器”研究發(fā)布成果引發(fā)關(guān)注，馬斯克創(chuàng)立的“神經(jīng)連接”公司展示腦機(jī)接口技術(shù)也賺足眼球。

而這次，主角除了馬斯克，還多了三只實(shí)驗(yàn)小豬：一只在兩個(gè)月前被植入了腦機(jī)接口設(shè)備，一只未植入任何設(shè)備，還有一只曾植入過腦機(jī)接口設(shè)備、后被取出。當(dāng)植入了設(shè)備的小豬的口鼻碰觸到物體時(shí)，腦機(jī)接口設(shè)備會(huì)獲取神經(jīng)元發(fā)射的信號(hào)，在顯示屏上呈現(xiàn)點(diǎn)狀圖像并發(fā)出聲音，這顯示它的大腦信號(hào)可實(shí)時(shí)被采集。而植入設(shè)備后又取出的小豬表現(xiàn)得非常健康，與普通小豬并無差異。

這次展示的亮點(diǎn)主要在于：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物從去年夏天的大鼠“升級(jí)”為小豬，后者與人類的相似度更高;植入物僅有硬幣大小;植入手術(shù)由一臺(tái)專用機(jī)器人完成，全過程僅需一小時(shí)，并可“當(dāng)天出院”。

應(yīng)該說，新成果主要展示了在實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的技術(shù)路徑方面的探索，而非基本原理或技術(shù)應(yīng)用上的突破。英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)教授安德魯·杰克遜指出，這次展示中并沒有什么“革命性”的內(nèi)容，主要展示了在解決多電極植入的工程挑戰(zhàn)方面取得的新進(jìn)展。

目前，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的路徑主要分為“侵入式”和“非侵入式”。前者是將腦電波檢測(cè)電極植入大腦，這樣采集到的腦信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定，但會(huì)對(duì)人體造成創(chuàng)傷;后者主要通過可穿戴的腦電波檢測(cè)設(shè)備獲取信號(hào)，對(duì)人體無傷害，但有信號(hào)穩(wěn)定性弱、速度慢、正確率低和穿戴不便等問題。

馬斯克的“神經(jīng)連接”希望在這兩條路徑之間找到最優(yōu)平衡：盡可能的低損傷和高效信號(hào)傳輸。有專家評(píng)價(jià)，“神經(jīng)連接”展示的新品在封裝、集成、植入器件的微型化和無線傳輸?shù)裙こ淘O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面做得很好，手術(shù)機(jī)器人也大大改進(jìn)。

這次最大突破是系統(tǒng)集成

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年巴西世界杯上，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

腦機(jī)接口技術(shù)近幾年備受關(guān)注，也取得了一定成果，但要想早日實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，甚至產(chǎn)生科幻作品中那樣的“超級(jí)人類”，還面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先需要基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)展。人類對(duì)于大腦的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，生物學(xué)領(lǐng)域的生命活動(dòng)基礎(chǔ)仍是未解之謎。專家指出，盡管了解不同的腦電波大致有一個(gè)代表的方向，但“讀懂”腦信號(hào)很難?；A(chǔ)研究如果得不出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，后續(xù)的軟件設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)等就缺乏可靠基礎(chǔ)。

第二是關(guān)鍵技術(shù)突破。業(yè)界認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)將經(jīng)歷“腦機(jī)對(duì)接”“腦機(jī)交互”“腦機(jī)融合”三個(gè)發(fā)展階段，當(dāng)前正由第一階段向第二階段過渡，主要技術(shù)瓶頸包括傳感精度低、集成計(jì)算效率差、編解碼能力弱、互適應(yīng)手段少等。

第三需要更多的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。技術(shù)研究需要以大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，特別是人工智能相關(guān)研究，而腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)還十分缺乏。據(jù)介紹，這類技術(shù)通常要先以猴子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，然后才能以截癱病人進(jìn)行臨床試驗(yàn)，但目前全球只有少數(shù)團(tuán)隊(duì)能做猴子實(shí)驗(yàn)，能做臨床試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)更是屈指可數(shù)。

除了這些挑戰(zhàn)，腦機(jī)接口技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。比如，電極植入、信號(hào)輸入或輸出的過程，都有可能造成腦部傷害，而腦電波信息收集和使用，有可能涉及對(duì)個(gè)人隱私的侵犯等。

愛爾蘭沃特福德理工學(xué)院通信軟件和系統(tǒng)小組研究負(fù)責(zé)人薩西塔蘭·巴拉蘇布拉馬尼亞姆對(duì)媒體說，腦機(jī)接口可能讓我們更容易受到黑客的攻擊，相關(guān)信息的泄露“將比我們見過的所有數(shù)據(jù)泄露都更為嚴(yán)重”。

“控腦”技術(shù)的倫理問題也需要規(guī)范化。有專家提出，使用腦機(jī)接口技術(shù)至少應(yīng)該遵循知情同意、患者自主性和必要性原則，以及對(duì)人有利、不會(huì)對(duì)他人和社會(huì)造成傷害等原則。 據(jù)新華社

相關(guān)資料

腦機(jī)接口，就是在大腦與外部設(shè)備間創(chuàng)建全新信息交換通路，一方面將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識(shí)別的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的有效控制;另一方面，將外部設(shè)備信號(hào)轉(zhuǎn)化為大腦可識(shí)別信號(hào)，從外部對(duì)大腦進(jìn)行直接干預(yù)。

早在20世紀(jì)20年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腦電波后，對(duì)腦機(jī)接口的探索就已經(jīng)開始。此后數(shù)十年，這項(xiàng)技術(shù)逐漸帶來一些實(shí)用產(chǎn)品，比如為失聰者植入人工耳蝸可恢復(fù)聽力?？傮w來看，腦機(jī)接口較為成熟的應(yīng)用主要集中在神經(jīng)康復(fù)和輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還十分有限。

近年來，隨著人工智能等技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口在多個(gè)領(lǐng)域開展了應(yīng)用嘗試，比如基于神經(jīng)信號(hào)解碼的機(jī)器翻譯、意念控制機(jī)械臂、腦控電子游戲等。馬斯克認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)可大幅提高人機(jī)交互速度，有望最終解決“人機(jī)共生”問題。