2021年9月12日，2021世界機器人大會上展示的腦機接口技術

 

　　“現在的腦機接口技術沒有到讀心術這個層級上，很多都是用運動腦區的信號和視覺誘發的信號來實現一個過程，這些屬於條件反射，和意念不是一碼事。”

文/《環球》雜誌記者 吳美娜

編輯/馬琼

　　5月4日，由南開大學段峰教授團隊牽頭的全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京取得成功，標誌着中國腦機接口技術躋身國際領先行列；5月25日，美國硅谷企業家埃隆·馬斯克參與創辦的腦機接口企業“神經連接”公司宣布已獲美國食品和藥物管理局批准開展人體試驗；5月29日，2023中關村論壇上發布《腦機接口創新與知識産權研究報告》，顯示近幾年來範式編碼技術的全球專利申請量呈現急劇增長的發展趨勢；7月13日，聯合國教科文組織在巴黎召開會議，討論如何規範讀腦技術以保護隱私等人權……

　　腦機接口是一種在人或動物大腦與外部設備之間創建的連接通路。今年恰逢腦機接口概念提出50周年，隨着人機交互時代加速到來，業界人士紛紛整裝盤點再出發。

　　目前這一領域具體發展到了哪一步？商業化落地情況如何？發展中面臨哪些問題和挑戰？就此類問題，《環球》雜誌記者採訪了清華大學長聘教授、中國腦機接口“華瑙獎”卓越學者獎獲得者高小榕，南開大學人工智能學院教授段峰，科普作家、華中師範大學副教授王欣，中科院工程序列任職資格評審委員會主任、北京東方通科技股份有限公司首席科學家謝耘。

50年發展關鍵詞

　　《環球》雜誌：今年是腦機接口概念提出50周年，如何評價其總體發展情況？

　　高小榕：腦機接口目前已經從科學研究、科學論證走到了技術爆發的階段。可以用幾個詞來概括，一是腦電，1924年腦電圖之父、德國精神病學家漢斯·貝格爾首次記錄到人類腦部的電信號活動，將其命名為腦電波；二是電極，這是與大腦接觸的傳感器；三是I3模型，即“接口、交互與智能”，這也是腦機接口發展的三個階段，目前基本是從交互往智能發展的階段；四是範式，即腦機接口的操作模式。

　　腦機接口有三大主流範式，最早提出的叫P300範式，在大腦中對外界刺激有一個新奇反應，如果這個刺激能引起大腦的好奇或注意，能在刺激出現後的300毫秒左右從腦電中檢測到這個信號，實現腦機接口；第二個是想象運動，就是受試實際操作，直接去想，如想象左手運動、右手運動、舌頭運動，計算機就能區分出來從而實現操作；第三大範式是穩態視覺誘發電位，即被試注視一個按照固定頻率在閃爍的目標時，可在腦電裏檢測出相應的頻率信號，通過這個虛擬按鍵實現設備操作。除了這三大範式，目前實際上已經發展出了幾十個範式，比如情緒認知、身份識別等，它們都是在這三大範式基礎上發展起來的。

　　段峰：從最開始即腦電波、α波和β波被發現的1924年，到1970年之前，是學術探索階段；1970年到2000年左右是科學論證階段；2000年以後尤其是2014年世界盃上人通過控制機械外骨骼開球，到了應用推廣的階段。傳統腦機分為侵入式（有創）和非侵入式（無創），我們現在做的，不是侵入式也不是非侵入式，而是在血管內採集腦電信號，是介入式。總體上，腦機接口發展正處在突破壁壘的過程當中。

　　王欣：目前腦機接口技術無疑有了長足發展，也可望治療各種感覺障礙、運動障礙等疾病，但涉及人腦高級機能的病的治療，可能還需要相當長的時間。另外，它也不可能像科幻小説裏面那樣控制人類的思維，無論從技術還是倫理看，這都是不可能實現的。這個領域不應炒作。

　　謝耘：整體看腦機接口的應用會有很大的局限，人腦是一個具有高度彈性、在不斷變化的有機體，與基於剛性邏輯的物理系統只能做很有限的連接。

　　《環球》雜誌：與腦機接口相關的技術、産業主要有哪些？哪些因素決定着腦機接口發展的快慢？

　　高小榕：腦機接口是一個多學科交叉的領域，主要分三大塊：一是材料科學，要把電極裝到大腦裏面，電極必須非常柔軟，而且跟腦組織有較好的兼容性，能夠很親密地跟大腦結合，不傷害大腦；二是信息領域，一個是器件，做出專用的芯片，另一個是軟體，即找到把大腦信息解讀出來的算法；三是醫療應用領域，這是腦機接口的主要應用領域。一定程度上來説，醫療領域的應用決定着腦機接口發展的快慢，它與很多學科相關，綜合性強。

　　段峰：除了醫療，軍事、教育、心理學等領域的應用也正在增多。腦機接口發展的快慢取決於很多因素，比如，國家方面的支持，産業資金投入和市場的培育等，還需要人工智能（AI）、計算機等領域的大量技術開發人員圍繞腦機需求開展相應研究。實際操作層面，一定先要有一個點取得突破，否則就是原地打轉。另外也需要有一些不一樣的嘗試，比如説拋開傳統的侵入和非侵入方法，做一個全新的東西。

　　謝耘：對腦機接口影響最根本的還是對大腦工作機制的理解，在這方面人類研究進展一直不大。科學界把大腦稱為最大的幾個科學黑洞之一。

研發應用逐漸增多

　　《環球》雜誌：目前有創式和無創式大致是什麼情況？近年來腦接口領域有哪些重要進展？國內有哪些亮點或看點？

　　高小榕：在醫學領域，可根據有關評估採用有創方法。如果給一個正常人大腦裏放東西，首先要過倫理關。目前大體上有創腦機接口約佔15%，無創佔85%，比如應用在教育、娛樂等領域，基本上是無創的。有創在安全性上有更多風險和倫理限制，但在理論上其能夠更精細地採到神經電位。未來趨勢是有創和無創的融合。

　　談到取得重要進展，一是研究者已經給漸凍症患者和截癱病人接入了腦機接口，他們借此可進行有關設備操作；二是已經可以實現語言解碼，即提取一些腦神經信號，可實現部分語言的傳遞，即不能完全自主説話但能夠猜出大概意思；三是微創電極的探索，比如把電極放置在血管裏或者植入顱骨以下，但沒有侵入到大腦皮層，這種微創技術正在發展；四是可穿戴的腦機接口技術進步到已可以在耳內隱秘地實現腦機接口；五是高通量的腦機接口技術取得發展，“神經連接”公司宣布已獲美國食品和藥物管理局批准開展人體試驗，説明侵入式腦機接口安全性有了更多保障。

　　國內腦機接口目前幾乎和美國是同步發展，雖然我們起步晚一些。中國腦機接口的特點是無創腦機接口比較普及，做得比較多。而且中國已經是一個腦機接口研究大國，從2019年開始中國腦機接口文章發表數已超過美國，位居世界首位，但文章影響力還需提升，以及提高引用率。另外，中國每年有一個世界最大規模的腦機接口大賽，這是技術賽和技能賽合二為一的一個比賽。

　　王欣：從效果看，有創的腦機接口精度更高，更具優勢。近年來最重要的腦機接口進展應該是“神經連接”公司的“神經織網”技術。它植入的電極比以往的電極更細，更易於插入到大腦的指定位置。該系統還包括一個能夠更好地讀取、清理和放大腦信號的定制芯片。腦機接口涉及信息科學、材料科學、電子工程科學等多個領域，中國在某些領域已進入世界領先行列。

　　謝耘：從實用的角度來看，無創更有前途一些。

2014年6月14日，“純意念控制”人工神經康復機器人“神工一號”系統新聞發布

會在天津市人民醫院舉行，圖為當天技術人員在為中風偏癱的董姓患者調試相關設備

　　《環球》雜誌：全球範圍內腦機接口企業發展狀況如何？怎樣評價馬斯克的“神經連接”公司？

　　高小榕：腦機接口企業分三大類，一類叫“原住民”，他們一開始就做腦機接口；一類是“移民”，在別的領域做得很好或做相近領域的研究如醫療儀器、電子設備等，轉型開始做腦機接口了；還有一類，大廠空降“大神”，像馬斯克這類，他突然認為腦機接口非常重要了，就招兵買馬開新局。這三類企業都在迅速發展，特別是馬斯克的“神經連接”公司已達到約50億美元的估值。這個公司還是很有特色的，首先其腦機接口是無線高通量的，放上千個電極，我們一般的腦機接口是幾十個電極，最多一兩百個。如果其真能把這個領域做得很可靠很好，那確實是人類一個很大的進步。

　　段峰：我覺得“神經連接”公司有點言過其實，有炒作、吹噓成分，它採用的是侵入式技術，需要在猴子腦袋上鑽一個洞，雖然其最終實現了讓猴子們在電腦上玩游戲或者打字的目標，但遺憾的是23個實驗猴過半已死亡，該公司也因涉及違反《動物福利法》被調查了。我認為能用其他方式替代，就盡量不要用侵入式。商業化發展最關鍵的還是技術本身的安全性，另外就是人的相關需要。

　　王欣：如果算上人工耳蝸這樣的腦機接口，那麼相關企業發展還可以，只要有足夠的資金就可以獲得相應産品。雖然目前也有機械臂等産品，但品種真的不多，受眾主要是殘障人士。馬斯克的“神經連接”公司，三分實力，七分炒作吧。

直面挑戰謹慎前行

　　《環球》雜誌：腦機接口是群山之巔，也是風口浪尖。如何評價其在科學叢林乃至人類未來發展中的地位？

　　高小榕：腦機接口概念提出50年，頭40年的驅動力都是醫療驅動力，近10年是人工智能帶來的驅動力。AI的信息交流速度非常快，如何彌補人與AI交流的鴻溝，我們現在想到的出路是直接解讀大腦的神經信息，實現人與計算機的交流。因此可以認為，腦機接口是未來不可或缺的硬核技術。也有一個觀點是，我們必須發展腦機接口，才能給AI做一個韁繩，以防其失控或異化。

　　段峰：腦機接口未來將進入人類生活各個方面，改變人的很多甚至所有特定習慣，這是一個客觀情況。當然也要看介入式腦機接口發展得如何，順利的話3到5年就可以促成這種改變了。保守估計，差不多10年到20年。

　　王欣：腦機接口用得好可以造福人類。如果像科幻小説裏面那樣畸形發展，只會使人類社會變得光怪陸離。

　　謝耘：腦機接口被誇大了，不僅當前能做的事情被誇大，未來前景也被過分誇大了。

　　《環球》雜誌：腦機接口、數字永生、元宇宙等常常被一起討論，對此如何看待？普通人距離真實可感的“意念交流”還有多遠？

　　高小榕：有必要提到顯示技術，隨着顯示技術的進步，屏幕可以放到眼鏡上了，可實現多人多屏，屏幕互相連通，最典型的應用就是元宇宙，元宇宙就是多人多屏的一種形式。多人多屏時，腦機接口交互技術可能是不可或缺的。目前元宇宙出現了低潮區，關鍵原因之一就是有關技術未跟上。

　　元宇宙要想工作，必須實現四個聯接，一是互聯；二是價值的聯接，依靠區塊鏈技術；三是境聯，虛擬現實（VR）、增強現實（AR）為技術支撐；四是靈聯，即數字替身如何與物理人的意識進行聯接，靈聯主要依賴腦機接口。現在在元宇宙裏，前三個“聯接”技術發展得還可以，唯獨第四個不能匹配眼鏡，這就把多人多屏的交互技術變成了一人一屏，因此就退化了。如果腦機接口發展起來，能極大地幫助元宇宙進一步健全發展。意念交流和我説的靈聯有一定相似度，所以我認為意念交流未來是可期的。

　　段峰：我覺得類似這些都是在炒概念。比如元宇宙，它跟腦機接口沒有直接關聯。我覺得還是要踏踏實實做一些事兒，沒必要為了所謂的概念性創新來做這個工作，這些東西離真正的工程需要和工程技術能達到的水平，都還差得很遠。

　　有關複雜意念交流，很多人在偷換概念。什麼叫意念？意念就是心中所想，但實際上現在的腦機技術沒有到讀心術這個層級上，很多都是用運動腦區的信號和視覺誘發的信號來實現的一個過程，這些屬於條件反射，和意念不是一碼事。通過腦機接口實現意念交流等屬於想當然。

　　謝耘：目前離意念交流還很遙遠，因為人類對大腦的認知還非常膚淺。目前關於腦機接口、數字永生、元宇宙等摻雜了很多商業操作因素，不是從嚴肅的科學與技術的角度在理性地分析判斷。

　　《環球》雜誌：面對腦機接口的研究和應用，相關爭議的焦點是什麼？腦機接口領域發展面臨的主要挑戰有哪些？

　　高小榕：第一個爭議是路線之爭，即有創還是無創，我覺得不管有創無創，就像爬喜馬拉雅山，有南坡和北坡，最後大家都到山頂了。此外，還有倫理爭議。挑戰主要來自三個方面，我稱其為“MBI”，M是材料科學，B是生物科學，I是信息科學。具體説，必須要能找到特別合適的材料可以往大腦裏放，信息的壓縮、編碼、解碼等也很難。

　　段峰：爭議主要就是安全性問題和有效性問題。比如做侵入式腦機，很多腦機信號有可能會變成人的DNA、指紋等，帶有生物特徵，可能會反向控制腦神經。這些都是需要考量的。

　　王欣：目前爭議的焦點主要是馬斯克的預言能否實現，他認為腦機接口使人和機器合二為一。

　　謝耘：核心挑戰在於如何將人類的意識活動與大腦的物理過程準確地對應，並且根據大腦的動態變化做相應的調整。

　　《環球》雜誌：請對腦機接口的未來景象做個展望。為更好地促進腦機接口發展，你有何建議？

　　高小榕：腦機接口出現以後，面臨很大的倫理層面的挑戰，影響到社會生活多個方面。我們要盡可能確保腦機接口不會破壞公平性等社會關切，現在業界也在做這些事情。

　　段峰：腦機接口的發展慢慢可能會産生一些特殊影響，如重塑大腦等，但現階段談這些為時過早。要警惕有些人可能在造一些新概念來博眼球。總體而言我覺得腦機接口的未來是光明的，只要路線別走錯了，也不再糾結於哪條路線，把事情做好最關鍵。

　　王欣：我認為腦機接口不可能重塑大腦、重塑人，倫理不允許，科技難做到。目前在各國計劃中腦機接口都是用來治療疾病的，沒有健全人願意植入電極。説到“技術獨裁”、反噬人類等，這些太科幻了。

　　我建議大家多上正規的網站獲得資訊，比如中國神經科學學會網站，或者科普中國等&&，不要被科幻弄得暈暈乎乎的。科幻會使人們對前沿科學的認知産生偏差，有一定水平的科學素養，就不會有那些不切實際的擔憂。談到危機意識，目前生態安全才是最大的威脅。

　　謝耘：腦機接口離大規模的有效應用還有很遠的距離。我覺得應該尊重科學，按照科學技術的規範去探索，而不是陷入商業炒作與幻覺中。

來源：2023年8月9日出版的《環球》雜誌 第16期

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