2023年6月28日，香港科技大學副教授吳若昊在“柔性腦機接口技術”對話會上發言

文/《環球》雜誌記者 張漫子

編輯/胡艷芬

　　腦機接口，一個頗具未來感的詞彙，也是人機交互的一種“更親密”方式。

　　試想一下，早上醒來，躺在床上，心中念頭一動，窗簾就拉開了。隨即，冰箱門打開，咖啡機開始工作，電腦自動啟動並登錄微信、郵箱……這是未來生活的冰山一角，也是腦機接口技術塑造下“所思即所動”的後現代圖景。

　　更多人對“腦機接口”的理解是從科幻電影《黑客帝國》開始的：“現實世界”的人類在後腦插入連接器後，就進入虛擬的“母體世界”。借由連接器，外部信息可輸入大腦，大腦的信息也可傳輸到外部。這幾乎是腦機接口的終極版本：向人類大腦導入一個完整的虛擬外部環境，實現人機的雙向交互。

　　儘管我們目前還處於人機交互這部劇集的前情提要階段，但人們正企盼著這項技術能更快地到來，當然前提是它能造福人類、重新定義生命。

　　未來，“心電感應”有多簡單？“賽博格”這一人工智能與生物智能的融合是否指日可待？“肉身輕盈、機械飛升”的生命數字化有望實現嗎？《頭號玩家》《西部世界》《機械戰警》，哪一個指向我們的新未來？

解放大腦

　　日前，幾則國內外腦機接口技術落地的新聞接踵而至，讓年過半百的腦機接口概念在熱搜榜上居高不下。

　　“將人腦與電腦相連接、開發由大腦意識控制的機器”，這一想法始於上世紀60年代。歷經半個多世紀，人腦與電腦、碳基生命與硅基生命的交疊拉出一條陡峭的上揚曲線。“不開口就能交流”“不動手就可操控機器”在多國實驗室陸續實現，腦機接口技術穿過科幻的遐想，從《自然》《科學》等國際頂尖學術期刊走出，加速照進現實。

　　只不過，現實區別於科幻的一大不同在於：比起把人變成超人，它更想先讓失能人成為健全人。這也是各國科學家最初研究腦機接口的動力——在醫療康復領域，幫助那些高位截癱、閉鎖綜合徵、肌萎縮側索硬化等重度運動功能障礙者，重建運動、語言功能，將他們的大腦從身體的局限中解放出來。

　　迄今，高級腦功能的重建是腦機接口技術探索最集中的領域。2005年，美國布朗大學研究團隊完成了首個大腦運動皮層腦機接口設備植入手術，使四肢癱瘓的馬特·內格爾能通過運動意圖控制電腦光標；2014年巴西世界盃開幕式，高位截癱青年Juliano Pinto在腦機接口與人工外骨骼技術的幫助下開出一球；2016年，癱瘓男子Nathan Copeland用意念控制機械臂與當時的美國總統奧巴馬握手。

　　在這場技術角逐中，中國沒有落下——2020年，首例腦機接口臨床手術落地中國，浙江大學腦機接口團隊通過在腦內植入“猶他陣列電極”，使一位72歲的高位截癱患者成功實現“用意念喝水”；近日，首都醫科大學宣武醫院趙國光教授團隊、清華大學醫學院洪波教授團隊以植入式硬膜外電極腦機接口的方式，使四肢截癱患者實現自主喝水。至今，多名癱瘓患者已借助腦機接口技術操縱外部設備，完成抓、取、握、傳等基本動作。

　　失能者“行動的恢復”是如何實現的？

　　對普通人來説，意識支配自身行為很簡單。但對於神經通路部分損毀的不能聽、不能看、不能抓、不能走、不能説的失能人士，因其大腦與軀幹的“失聯”，其行走、觸摸、抓握、聽説等念頭被迫“困”在腦中，無法指揮身體正常反應。

　　“我們做腦機接口，相當於在大腦與外部設備之間搭起一個直接傳輸大腦指令的信道。原理上，信道輸入的是人的意念和想法，輸出的是人對外部設備（如假肢、機械臂）的操控。”某科技企業一名研發負責人如此解釋。

　　腦機接口介入後，從意念到行為的“道路”堵點被打通。在脊髓及運動神經通路損壞但大腦皮層功能健全的條件下，患者腦部信號被計算機解讀之後，即可向外傳輸大腦指令，從而實現對外部設備的控制。於是，“人有所思、物有所動”初步實現。

　　這幾年，偏癱、腦卒中、失語、截癱、精神性疾病等失能患者的家庭，從一個接一個腦機接口的“實驗室突破”中看見曙光。“（腦機接口）需求非常廣闊，成為了目前難治的神經系統疾病以及複雜後遺症的最新‘武器’。我們常常接到從各地打來的病人的電話。”中國科學院院士趙繼宗告訴《環球》雜誌記者。病人的親友打來的電話幾乎都以同一個問題開頭：“我們看到新聞了，腦機接口手術，你們能做嗎？”

困於大腦

　　腦機接口技術雖不乏點上的突破，但遠未成熟。最大的制約莫過於大腦依舊是人類的認知“黑洞”。

　　大腦迷宮般的溝回裏藏了太多秘密，如同廣袤的宇宙只肯向人類展露它頭頂一片有限的星空。超過1000億個神經細胞如同銀河系的星星，一邊變化、一邊發出微小的電脈衝信號，對人體的一舉一動“發號施令”。大腦運作的最大“謎團”——意識，是人類智慧産生的起點，卻尚未被人類的智慧捕捉、解碼。

　　“如果説一項技術需經歷理論萌芽、概念論證、實踐摸索，然後走上臨床應用、産業發展，那麼目前腦機接口技術還處於臨床應用之前的個案探索階段，還無法直接遷移推廣。從特殊個例走向廣泛應用的進階之路，仍有待時日。”趙繼宗説。

　　不少專家也&&，2012年至今，隨着一個又一個“意念打字、意念喝水”的成功案例先後出現，人們看到硬體系統等的進步，但未發生臨床實質上的突破。“大腦的結構、工作的機制尚不清楚。人在做某個動作時需要通過特定的反射弧。反射弧是由感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器五個部分形成的一個神經環路。腦機接口要實現某些動作，就要搞清楚腦部電極如何放置，以快速精準地實現想要的控制，而這一切仍在不斷研究中。腦機接口技術上的突破，有賴於腦科學基礎研究的突破，受制於人類對大腦的了解程度。”趙繼宗感慨。

　　看、聽、抓、握、讀、記，這些對普通人而言再簡單不過的動作，背後卻是大量腦信號的採集、傳輸、編碼、解碼等一系列複雜過程。要實現與大腦感知、運動、認知等不同功能的連接與交互，硬體、機制、方法缺一不可。

　　因此，把電極植入大腦，亟待翻越三座大山。浙江大學南湖腦機交叉研究院常務副院長、教育部腦與腦機融合前沿科學中心副主任王躍明認為，第一座大山是“物理硬體”——電極、芯片如何設計，才能使穩定性、精準度更高，體積、功耗更小，使用壽命更長，生物兼容性更高，傷害更小；第二座大山叫“理論機制”——如何發現大腦功能（如運動）的編碼機制，理解大腦是如何執行該功能的（如控制人類自身運動）；第三座大山則是“交互方法”——電極植入腦內後，“腦-機”交互包括輸出與輸入，“出”的是如何將海量信息解碼、輸出，翻譯為控制指令，“入”的是如何將外部信息編碼、輸入，同樣是難題。

進化生命

　　腦機接口，好比一個人類的“功能增強計劃”。科學家、創業者正競相攀登腦機接口技術的一個個山巔，逐級“改造”人類、實現生命“進化”。

　　“人類的大腦有不同的功能，比如視覺、聽覺等感知功能，記憶、學習、思維、想象等認知功能，以及運動功能。三者相比，聽覺恢復與增強相對容易，突破得最早。”王躍明説，人工耳蝸是迄今最成功、臨床應用最廣泛的腦機接口技術。

　　“目前運動功能的增強正在逐步實現，許多‘意念喝水’實驗都是例證。”王躍明進一步預判，此後有望逐步實現的是感知中的視覺功能，而記憶等複雜功能依然有待研究。

　　交流的增強，可以説是社會動物的一大剛需。其中，“意念打字”已經實現並相對成熟。2019年10月的第三屆中國腦機接口比賽上，天津大學一名碩士生以最高每分鐘691比特的腦控打字解碼速度（相當於每分鐘輸出69個漢字）超越了普通人手機觸屏打字的速度。

　　這讓人樂觀暢想“意念打字”的下一步。還記得劉慈欣科幻小説《三體》中三體人之間的交流嗎？兩人無需開口，便可直接通過腦信號進行溝通，或直接向另一個大腦發送信息。不像語言表達的模棱兩可、詞不達意，腦機接口介入後的“腦腦交互”也許會是一種徹底的、無信息扭曲的“心心相印”“心領神會”。

　　這也是馬斯克創建的神經科技公司Neuralink未來10年的一個新願景：開發與大腦雙向交流的植入式腦機接口。爭取用10年左右，實現“讀心”、人與人“心靈感應”。

　　技術的進化已經夠快了，但有時，它來得還是太遲了。2018年，霍金去世，這位困在輪椅上、擁有“超級大腦”的科學家一生飽受疾病折磨，在他生命中的最後光陰，僅能通過眼球轉動指揮電腦“打字”，與世界“對話”，每分鐘僅能緩慢輸出1~2個單詞。如果腦機接口的突破再快一些，那些逝去的“超級大腦”們將留下多少寶貴財富？

　　更多的“如果”與更遠的“未來”一樣，是難以預言的。一兩百年前的人們就算竭盡所能去暢想，也難以預料“手機在手、什麼都有”的21世紀初的智能生活，以及下一個50年在人工智能加持下，生命甚至可以在“自行設計”中進化。

　　從粒子的特殊排列組合，到重組物質、能量、信息，再到與智能的交融，生命這種形態歷經數百萬年的美麗綻放，終將超越我們祖先最不羈的夢想。