脑机接口技术可以拓宽人们和外界沟通的渠道

不久前，电影《阿凡达》重新上映，人们得以重温潘多拉星球的神奇：通过自带的“万能接口”，纳美人能用意念召唤坐骑、与各个物种直接交流。而从电影初次上映至今的12年间，人类的脑机接口研究也取得了重大突破。

“脑机接口技术可以拓宽人们和外界沟通的渠道，突破眼睛、鼻子、嘴或手的限制，实现意念感知，甚至通过重组神经网络，训练出‘超级大脑’。”近日，中科院深圳先进院正高级工程师李骁健告诉记者。据悉，其团队在国内率先打通了脑机接口全技术链，目前已将柔性电极阵列接入猕猴脑内。

脑机接口并不神秘

走进李骁健的实验室，各种零件、设备、工具满满当当。比起科学实验室，这里更像一个工程实验间。其中，头顶接有一个小盒子外设的玩具猴引人注目。李骁健说，这是团队对比真实实验猴制作的演示道具。

脑机接口，本质上是在人或动物的脑与外部设备间，创建用于信息交换的连接通路。根据采集信息方式的不同，分为植入式和非植入式两种。其中，植入式即将传感器植入脑内，可获得高质量的神经信号，并利用电流让计算机和脑细胞产生“互动”;而非植入式只需戴上“脑电帽子”，通过无创的经颅电刺激，来达到一定的信息传递效果。

李骁健团队专注于植入式脑机接口的研究。他向记者详细展示了实验中涉及到的各个模块，“脑机接口并不玄幻，只是技术链比较长。”

首先，将传感器植入对应的脑区中，为使采集到的信息达到一定精度，传感器数量可以达到成千上万个;在采集到神经信号后，由连接着的芯片和电路进行预处理，放大神经电信号并处理掉干扰信息，转化为数字电信号;接下来，分析采集到的信息，进行解码;然后通过再编码，形成效应器控制指令，比如控制机械臂给自己端一杯咖啡，或实现意念打字;此时感知到的执行信息再反馈给大脑，用来确定后续的任务。

“这其中涉及到从脑到机和从机到脑两个过程，难点包括判断哪个脑区负责哪些信息、如何让成千上万个传感器同时工作、如何让植入对大脑的损伤尽可能小，反馈给大脑的信息如何尽量还原为真实感知等。”李骁健告诉记者。

“超级大脑”或许可行

事实上，最近的脑机接口界可谓十分热闹。

今年4月，马斯克的Neuralink公司在猴脑中植入脑机接口，让其意念玩电子游戏。5月，顶级期刊《科学》刊登了斯坦福大学的最新成果，大脑中植入了脑机接口的瘫痪患者，实现了意念写字。

“这两项成果都是典型的应用示范，”李骁健说，“在相关技术达到一定积累的时候，科学家们开始寻找具体的应用，在这个过程中让技术进一步完善。”

比如在斯坦福大学的实验中，科研人员遇到一个难题：患者的手已经瘫痪十多年，他的大脑还“记得”用笔写字这一神经活动吗?最终，团队通过一种被称为数据增强的方法，在神经活动模式中引入人为变化来拓展训练数据，最终模仿人类大脑中产生的自然变化。

在斯坦福大学的实验中，患者脊髓中控制运动的神经元坏死，科学家通过读取写字这种运动在脑内的神经信息，重现了用手写字的活动。类似的，如果负责某些运动的神经元坏死，也可以训练附近的神经元来代替，而脑机接口是重要工具。

“如果‘脑洞’再大一些，人们可以通过脑机接口，训练塑造出此前从未出现过的脑神经网络，可能形成‘超级大脑’。这会是神经工程的变革性技术。”李骁健说。

值得一提的是，对于Neuralink公司提出的脑机接口可实现记忆的下载和上传，业界先驱米格尔·尼克莱斯利曾在腾讯WE大会上表示，“过于玄幻，‘数字永生’也并不存在。”

深圳技术优势显现

双光子显微镜、神经拟态的柔性电极阵列、光驱动神经遥控技术……李骁健主持和参与研发的新技术、新设备着实不少。他表示，这些都是为研究和发展脑机接口技术开发的工具。

“脑机接口的产业链较长，其中又涉及生物学、神经学、材料学、计算机、电子工程等多门学科，有效的工具必不可少。”李骁健说。他特别提到在深圳从事这一研究的优势：深港的脑科学领域在国内较为先进，而深圳的智能制造业发达。团队自己设计的零件和样机，大都在深圳可以找到订制厂家。上午送去样图，一两天就能拿到实物，这在别的地方是做不到的。

尽管团队已打通全技术链，甚至做出了和Neuralink系统带宽同级别的脑机接口装置，但李骁健也承认目前的一些关键技术与国际水平相比，还有一定差距。比如Neuralink的高密度传感器只有头发丝的1/4，定制的神经芯片比人的指甲还小很多。“我们目前也在朝设备微型化的方向努力，只有设备越来越小，直至看不出来，脑机接口才有大规模应用的可能。”李骁健说。

谈及具体落地应用，他认为有三个主要方向。第一是神经疾病治疗和神经系统替代，比如瘫痪患者的“脑控假肢”，甚至脱离外挂机械，实现自主神经修复。第二是神经调控，用于干预某些精神类疾病可能引发的危险行为。事实上，人脑的决策往往比实际行动要快几秒钟，而脑机接口可以在获取神经系统的危险决策后，在人付诸行动前将其阻止，当然其中涉及到伦理安全问题。第三是跨越感官进行交流，这是人类较高层次的对信息的诉求。马斯克在初建Neuralink时也提到，人类需要突破主要依赖眼睛和嘴巴收发信息的瓶颈，以更高效的形式，生活在未来的信息世界中。(记者 袁斯茹)

关键词： 脑机 接口 沟通 渠道