“如同在豆腐上立一根針，還不能傷害豆腐”，難度極高的腦機(jī)接口技術(shù)正在迎來突破。不久前埃隆·馬斯克的神經(jīng)科技初創(chuàng)公司Neuralink宣布，其首次人體臨床試驗(yàn)已獲得美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)。而我國也成功進(jìn)行了全球首例非人靈長類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)。腦機(jī)接口已成全球科技競爭的高地。
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腦機(jī)接口技術(shù)讓科幻走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。借助這項(xiàng)技術(shù)，得以讓四肢癱瘓者重新站立和行走，漸凍人可以用“意念”打字，普通人也可以用腦電波回郵件……
【資料圖】
近日，埃隆·馬斯克第十次訪華備受關(guān)注。此前，他的神經(jīng)科技初創(chuàng)公司Neuralink(神經(jīng)連接)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的“大動(dòng)作”讓業(yè)界震動(dòng)。Neuralink宣布，其首次人體臨床試驗(yàn)已獲得美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)。
“這代表腦機(jī)接口進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。”清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院長聘教授高小榕表示，Neuralink的最新消息表明高速的腦機(jī)接口將進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段。
他談到，腦機(jī)接口在過去半個(gè)世紀(jì)實(shí)現(xiàn)了從科幻到產(chǎn)業(yè)落地的突破，實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”，再從“1”生“2”。他希望，業(yè)內(nèi)相關(guān)方可以協(xié)同攻關(guān)，克服挑戰(zhàn)，在未來50年推動(dòng)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)質(zhì)變。
腦機(jī)接口作為未來產(chǎn)業(yè)的重要分支，已成為全球科技競爭的高地。日前，在“2023中關(guān)村論壇|腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展分論壇”上，大咖云集，共謀腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)共建、共治、共享、共贏。
中國腦機(jī)接口設(shè)備發(fā)展迅速
腦機(jī)接口(BCI)指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。隨著Neuralink的腦機(jī)接口獲得人體臨床試驗(yàn)批準(zhǔn)，很多人關(guān)心國內(nèi)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展情況，以及國內(nèi)何時(shí)能夠進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段。
在高小榕看來，中國腦機(jī)接口的設(shè)備發(fā)展很快，而且與國際水平齊頭并進(jìn)。在腦機(jī)接口數(shù)據(jù)集方面，中國有最大的公開數(shù)據(jù)集，對(duì)推動(dòng)腦機(jī)接口應(yīng)用十分有意義。
信息傳輸速率被視為腦機(jī)接口最核心的評(píng)價(jià)指標(biāo)。高小榕認(rèn)為，全球腦機(jī)接口的信息傳輸速率進(jìn)步也很快。其中，腦機(jī)接口領(lǐng)域有一個(gè)摩爾定律，大概以每10年提高4倍的速度增長著，并且其中不少增長點(diǎn)是中國腦機(jī)接口學(xué)者貢獻(xiàn)的。
例如，作為中國神經(jīng)工程及腦機(jī)接口學(xué)科的主要?jiǎng)?chuàng)建者，高小榕提出并實(shí)現(xiàn)了基于穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的腦機(jī)接口技術(shù)，這是業(yè)內(nèi)的里程碑事件之一。
5月4日，全球首例非人靈長類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京取得成功。試驗(yàn)在猴腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)了介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂，這也意味著我國腦機(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。
高小榕指出，這個(gè)試驗(yàn)是在血管上做的，有很大的創(chuàng)造性。他解釋，這就像人在豆腐上爬或踩，肯定會(huì)把豆腐踩壞，而這個(gè)試驗(yàn)找到了相對(duì)來說比較硬的組織——血管，然后把電極放上去，就像“腳還能挨著豆腐，但不至于把豆腐踩塌”。
腦機(jī)接口通過在腦與機(jī)器之間建立連接，可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦功能，為腦功能損傷患者康復(fù)帶來福音。因此，未來腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。
中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟執(zhí)委趙繼宗介紹，在臨床醫(yī)學(xué)中，腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于治療癲癇、漸凍癥、脊髓損傷、癱瘓以及抑郁癥等。他還介紹，當(dāng)前，關(guān)于腦機(jī)接口對(duì)治療阿爾茨海默病是否有作用也在研究中。
中國腦機(jī)接口的人體臨床試驗(yàn)何時(shí)會(huì)到來？趙繼宗表示，“我覺得這很近，中國人能辦大事兒，在理論、技術(shù)及倫理方面的差距不大，有一定的政策支持，這有利于腦機(jī)接口在國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用。”
此外，在論壇上，工業(yè)和信息化部總工程師趙志國指出，當(dāng)前，在產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，我國已經(jīng)形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機(jī)接口全產(chǎn)業(yè)鏈，并在醫(yī)療、教育、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域應(yīng)用落地，將展現(xiàn)出強(qiáng)大的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
“如同在豆腐上立一根針，還不能傷害豆腐”
當(dāng)前，腦機(jī)接口應(yīng)用正處在臨床試驗(yàn)階段，還有許多技術(shù)和倫理問題尚待解決。
趙繼宗指出，大腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，腦機(jī)連接難度大。因?yàn)榇竽X有800億-1000億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元約有1萬個(gè)神經(jīng)元連接，分析腦機(jī)接口采集的數(shù)據(jù)非常困難：哪些信號(hào)有用，哪些信號(hào)沒用，信號(hào)之間如何相互作用知之甚少。
具體來看，腦機(jī)接口可分為非侵入式腦機(jī)接口和侵入式腦機(jī)接口兩大類，兩種類型正在同步發(fā)展。
不少人認(rèn)為，非侵入式腦機(jī)接口獲取的腦電信號(hào)相對(duì)質(zhì)量較差，容易受到外界干擾。在高小榕看來，使用非侵入式腦機(jī)接口就像在大腦周圍通過設(shè)備接收天上發(fā)射的衛(wèi)星信號(hào)，雖然接收的面積大，但單從通訊速率來看，只要匹配得好，非侵入式不比侵入式的通訊速率差。
相對(duì)而言，侵入式的腦機(jī)接口門檻更高。高小榕打了一個(gè)比方，在大腦中植入進(jìn)去的芯片的主要材質(zhì)是硅，是最硬的東西之一，而腦組織是人體里最軟的組織之一，這兩個(gè)東西要在一起工作，就如同“在豆腐上立一根針”，這根針既要能接觸上豆腐，又不能傷害豆腐，這個(gè)難度很大，涉及多項(xiàng)技術(shù)突破。
“侵入式腦機(jī)接口發(fā)展的關(guān)鍵‘?dāng)r路虎’是如何避免生物學(xué)反應(yīng)。”趙繼偉在接受采訪時(shí)表示，在避免生物學(xué)效應(yīng)問題上，現(xiàn)在“卡脖子”的主要是材料，如果能把這個(gè)解決，腦機(jī)接口發(fā)展就會(huì)往前走一大步。
趙繼偉指出，當(dāng)前，在腦機(jī)接口領(lǐng)域里，國內(nèi)與國際發(fā)展是同步的，國外做到的，國內(nèi)也能做到。但更重要的是如何讓政府參與協(xié)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研、用整條系統(tǒng)性鏈條的連接和運(yùn)轉(zhuǎn)。
高小榕指出，這兩種類型的腦機(jī)接口實(shí)際上真正的、最終的應(yīng)用場景并沒有差別。
當(dāng)前，國內(nèi)以發(fā)展非侵入式腦機(jī)接口為主；美國則以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主的侵入性實(shí)驗(yàn)為主。在他看來，這兩種方案是珠峰的南坡與北坡，最終都會(huì)匯集到一起，形成一個(gè)腦機(jī)接口全新的方案，這在未來50年可以預(yù)見。
另外，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用越來越深入，倫理問題逐漸凸顯。趙繼宗指出，一旦開始大面積推廣腦機(jī)接口應(yīng)用，采集人們的腦信號(hào)，就涉及大量隱私。對(duì)于這個(gè)問題，業(yè)內(nèi)需要未雨綢繆。
此外，腦機(jī)接口領(lǐng)域的人才儲(chǔ)備也很關(guān)鍵。高小榕談到，這涉及諸多領(lǐng)域，例如計(jì)算機(jī)信息處理、生物技術(shù)以及材料等，涉及復(fù)合型人才的培養(yǎng)，這可能也是行業(yè)的一個(gè)短板。
未來已來 腦機(jī)合一何時(shí)實(shí)現(xiàn)
作為一名神經(jīng)外科醫(yī)生，這一次趙繼宗再次站在腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化的最前沿。對(duì)于腦機(jī)接口的未來，趙繼宗希望，腦機(jī)接口技術(shù)為患有意識(shí)障礙、認(rèn)知障礙、偏癱截癱、漸凍癥等疾病的患者減輕甚至消除痛苦。
高小榕也認(rèn)為，未來腦機(jī)接口最早的應(yīng)用場景可能是以醫(yī)療和助老為核心。到時(shí)候，腦機(jī)接口可以幫助像霍金這樣的漸凍癥患者便于行動(dòng)。當(dāng)老人漸漸喪失行動(dòng)能力后，也可以通過機(jī)器做一些事。
在現(xiàn)場，趙繼宗指出，高性能腦機(jī)接口、雙向腦機(jī)接口以及信息安全是腦機(jī)接口閉環(huán)調(diào)控技術(shù)未來需要發(fā)力的方向。“目前腦機(jī)接口的通信速率仍較低，在大腦與機(jī)器之間建立高效的信息交流通道，是實(shí)現(xiàn)高性能腦機(jī)接口的關(guān)鍵。”
趙繼宗指出，腦機(jī)接口的發(fā)展需要加強(qiáng)“政、產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)”的通力合作，加強(qiáng)人才培養(yǎng)，神經(jīng)外科學(xué)理當(dāng)成為腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究的主力軍。
趙志國指出，在新征程上，工信部將把腦機(jī)接口作為培育未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，加強(qiáng)腦機(jī)接口應(yīng)用場景的探索，加速推動(dòng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。尤其是增強(qiáng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力，加強(qiáng)腦機(jī)接口基礎(chǔ)理論、信號(hào)采集、先進(jìn)算法等前沿技術(shù)的研發(fā)能力，加快關(guān)鍵核心技術(shù)與重要應(yīng)用產(chǎn)品的攻關(guān)，穩(wěn)步提升腦機(jī)接口相關(guān)芯片、關(guān)鍵元器件等基礎(chǔ)工業(yè)的能力水平。
趙志國還指出，將關(guān)注腦機(jī)接口技術(shù)對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)安全、倫理等方面帶來的重大風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，做好必要的制度建設(shè)、倫理規(guī)范、立法研究，推動(dòng)建立醫(yī)療、教育等分級(jí)倫理管理制度，確定合理的科研和應(yīng)用的邊界，確保相關(guān)技術(shù)的安全應(yīng)用。
腦機(jī)接口什么時(shí)候可以真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)合一？高小榕指出，腦機(jī)接口最后的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)腦機(jī)智能，即腦和機(jī)的智能的合一。
“腦機(jī)接口肯定是未來的不可或缺的手段，現(xiàn)在還沒有一個(gè)能夠替代它的東西。”高小榕表示，腦機(jī)接口發(fā)展已經(jīng)走過了50年，這樣的情況在下一個(gè)50年有望實(shí)現(xiàn)。
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