開(kāi)年巨獻(xiàn)預(yù)見(jiàn)未來(lái)②|“意念控制”離現(xiàn)實(shí)還有多遠(yuǎn)？

每經(jīng)記者 文巧    每經(jīng)編輯 蘭素英    

想象一下，無(wú)需任何言語(yǔ)，僅靠意念就能控制外界事物，僅與同伴眼神交流就能交換想法——在關(guān)于腦機(jī)接口（Brain Computer Interfaces）技術(shù)的暢想中，這些只存在于科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景都將成為現(xiàn)實(shí)。

上世紀(jì)70年代，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾首次提出腦機(jī)接口的概念。此后，腦機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，從使用電極帽用意念驅(qū)動(dòng)光標(biāo)，到首次將電極植入中風(fēng)患者大腦，再到成功使癱瘓者進(jìn)行更復(fù)雜的動(dòng)作，科學(xué)家們一步一步跨越壁壘，實(shí)現(xiàn)了重大進(jìn)展。

縱觀全球，Meta（原Facebook）、谷歌、亞馬遜，以及特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克旗下的Neuralink等商業(yè)巨頭都在積極布局腦機(jī)接口領(lǐng)域。那如今腦機(jī)接口已經(jīng)發(fā)展到了什么階段？大腦信號(hào)如何被檢測(cè)和解讀？“意念控制”離普通人到底還有多遠(yuǎn)呢？

《每日經(jīng)濟(jì)新聞》（以下簡(jiǎn)稱NBD）記者就此專訪到兩位腦機(jī)接口領(lǐng)域“大牛”——國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)院士、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校電氣和計(jì)算機(jī)工程教授何塞•米蘭（José Millán），以及卡耐基梅隆大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授賀斌。

賀斌領(lǐng)導(dǎo)多項(xiàng)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的培訓(xùn)項(xiàng)目，其實(shí)驗(yàn)室在2013年首次展示人類使用非侵入式腦機(jī)接口操縱無(wú)人機(jī)和控制機(jī)械手臂。圍繞腦控機(jī)器人設(shè)計(jì)，何塞•米蘭在基于腦電圖信號(hào)的腦機(jī)接口領(lǐng)域做出了多項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)，并因此評(píng)為國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)院士以及國(guó)際醫(yī)學(xué)和生物工程學(xué)院院士。

解碼大腦“意圖”

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)-307064405

NBD：能否向大眾介紹下腦機(jī)接口這項(xiàng)技術(shù)？大腦傳遞出來(lái)的信號(hào)是如何被機(jī)器檢測(cè)和解讀出來(lái)的？目前這項(xiàng)技術(shù)的研究處于什么階段？

賀斌：腦機(jī)接口是一種將大腦與計(jì)算機(jī)或外部設(shè)備集成在一起的神經(jīng)技術(shù)，主要應(yīng)用是解碼大腦信號(hào)并使用解碼后的信號(hào)來(lái)控制設(shè)備。大腦“意圖”被編碼在神經(jīng)回路中，該神經(jīng)回路產(chǎn)生小的電信號(hào)，信號(hào)通過(guò)腦組織傳播，由傳感器（例如植入大腦內(nèi)部或頭皮上的電極）記錄。腦機(jī)接口研究仍處于其發(fā)展的早期階段，但已經(jīng)顯示出巨大的應(yīng)用前景。

何塞·米蘭：腦機(jī)接口是一種可以檢測(cè)大腦活動(dòng)的技術(shù)，分為侵入式（在大腦內(nèi)植入電極）和非侵入式（不需要在大腦中植入任何東西）。非侵入式腦機(jī)接口從外部檢測(cè)大腦活動(dòng)，一種方法是使用心電圖，將電極簡(jiǎn)單地附在人的頭部，另一種方法是使用FMRI（功能性磁共振成像）技術(shù)。

獲得的大腦信號(hào)將傳遞給電腦，再通過(guò)信號(hào)處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換。我們會(huì)應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)來(lái)建立一個(gè)關(guān)于大腦如何解碼不同心理指令的模型，對(duì)大腦信號(hào)進(jìn)行解碼，這樣人的意圖就被傳遞給電腦，電腦再發(fā)送給下一級(jí)，如輪椅，如此一來(lái)就可以移動(dòng)到任何地方。

NBD：非侵入式與侵入式腦機(jī)接口之間有什么區(qū)別？當(dāng)前的研究主要集中在侵入式還是非侵入式？

賀斌：侵入式腦機(jī)接口可以通過(guò)將電極植入腦內(nèi)靠近神經(jīng)回路的位置，以高保真度和信噪比記錄大腦信號(hào)。這引領(lǐng)了許多重要的神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，但代價(jià)是有創(chuàng)的，也因此對(duì)大多數(shù)人的應(yīng)用相當(dāng)有限。

而非侵入式腦機(jī)接口可以很容易地應(yīng)用于人類，不會(huì)造成倫理或安全問(wèn)題。但其限制在于信號(hào)質(zhì)量低，解碼具有難度。目前，侵入式和非侵入式腦機(jī)接口的研究都受到廣泛關(guān)注。

何塞·米蘭：兩種腦機(jī)接口具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。侵入式腦機(jī)接口可以非常接近腦電活動(dòng)的源頭，但是需要通過(guò)手術(shù)植入電極，最終只能得到關(guān)于大腦很小一部分的高分辨率圖像。

通過(guò)非侵入式腦機(jī)接口，能洞察到關(guān)于大腦活動(dòng)的全局。當(dāng)我們?cè)谟?jì)劃和執(zhí)行身體動(dòng)作時(shí)，大腦的許多區(qū)域需要協(xié)調(diào)才能執(zhí)行這些動(dòng)作。因此，雖然沒(méi)有關(guān)于單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的高分辨率視圖，也可以重建大腦的活動(dòng)（信號(hào)）。此外，非侵入式腦機(jī)接口不需要手術(shù)，費(fèi)用更便宜，更易于普通人使用。

在一定程度上，侵入式腦機(jī)接口能更精確地檢測(cè)到大腦信號(hào)，但只能看到其中很小一部分。如果需要一個(gè)更大的視野，它則無(wú)法提供更多額外的信息源。

情緒、記憶能否解碼？

NBD：在研究過(guò)程中，如何評(píng)估腦機(jī)接口（尤其是侵入式）對(duì)人的健康風(fēng)險(xiǎn)？

賀斌：目前的侵入式腦機(jī)接口需要將電極植入大腦，可能會(huì)對(duì)腦組織造成損傷。侵入式腦機(jī)接口的人體試驗(yàn)主要針對(duì)有嚴(yán)重癱瘓或其他疾病的患者。目前沒(méi)有使用侵入式腦機(jī)接口對(duì)人類健康的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，風(fēng)險(xiǎn)因素主要依手術(shù)過(guò)程而定。

何塞·米蘭：據(jù)我從事侵入式腦機(jī)接口工作的同事，他們尚未觀察到患者因此失去以前的任何能力。雖然可能產(chǎn)生一些局部損傷，但尚不足以造成額外的能力損失，因而這種風(fēng)險(xiǎn)似乎非常有限。對(duì)于非侵入式腦機(jī)接口，我們沒(méi)有觀察到任何風(fēng)險(xiǎn)。

NBD：科學(xué)家們對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的解碼已經(jīng)做了很多嘗試，未來(lái)通過(guò)腦機(jī)接口解碼情緒、疼痛和記憶等其他功能是否可能實(shí)現(xiàn)？

賀斌：腦機(jī)接口當(dāng)然可以幫助解碼運(yùn)動(dòng)功能以外的大腦狀態(tài)和功能。例如，我的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)非侵入式腦電解碼人類受試者的疼痛水平，但這些研究目前處于相對(duì)早期的階段。在我看來(lái)，最重要的挑戰(zhàn)是如何在不受約束的條件下解碼大腦的功能和狀態(tài)，不僅僅是運(yùn)動(dòng)功能。

何塞·米蘭：認(rèn)知決策和記憶過(guò)程這些高級(jí)功能被編碼在我們的大腦皮層（大腦最外面的一部分）中，但人類情緒大部分是在大腦皮層下區(qū)域進(jìn)行編碼的，由于位于皮層下方，腦機(jī)接口很難進(jìn)入這個(gè)區(qū)域。因此，解碼情緒相對(duì)更難，但可以通過(guò)大腦皮層的次級(jí)效應(yīng)來(lái)判斷。

重塑“神經(jīng)可塑性” 恢復(fù)受損功能

圖片來(lái)源：賀斌團(tuán)隊(duì)供圖

NBD：您所在的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在的研究重點(diǎn)是什么？

賀斌：我的實(shí)驗(yàn)室研究系統(tǒng)神經(jīng)工程，開(kāi)發(fā)新的傳感、成像和刺激技術(shù)來(lái)研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)。目前，我們專注于開(kāi)發(fā)新型非侵入式神經(jīng)技術(shù)，可以對(duì)大腦功能和功能障礙進(jìn)行成像，調(diào)節(jié)大腦，并將大腦與外部設(shè)備連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)“大腦控制的智能系統(tǒng)”。

何塞·米蘭：目前的研究重心主要有兩點(diǎn)。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了可靠的腦機(jī)接口技術(shù)，如何讓其為臨床服務(wù)，使嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病的人受益是重點(diǎn)之一。（腦機(jī)接口）不僅可以使癱瘓者駕駛自己的輪椅，而且還可以幫助他們恢復(fù)功能。我們正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)顯示手部嚴(yán)重殘疾的患者可以恢復(fù)手部功能。

第二點(diǎn)更為基礎(chǔ)，腦機(jī)接口可以使人們學(xué)習(xí)以不同的方式調(diào)節(jié)大腦活動(dòng)，以便發(fā)送更好的指令，我們正在加速腦機(jī)接口用戶的學(xué)習(xí)過(guò)程。

NBD：腦機(jī)接口如何使患者恢復(fù)功能？

何塞·米蘭：當(dāng)大腦受到損傷時(shí)，它實(shí)際上是有能力改變的，我們稱之為“神經(jīng)可塑性”。這種可塑性體現(xiàn)在生活中的每一天，比如當(dāng)你學(xué)習(xí)或記憶新知識(shí)的時(shí)候。我們正在用腦機(jī)接口去重塑這些未知的可塑性過(guò)程，使喪失編碼功能的大腦區(qū)域能夠恢復(fù)功能。

離普及還有多遠(yuǎn)？

NBD：您在之前的采訪中提到，侵入式腦機(jī)接口出現(xiàn)了一個(gè)新的方向，即雙向腦機(jī)接口?，F(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域的研究狀況如何？除此之外還出現(xiàn)了什么新興的研究方向嗎？

賀斌：雙向腦機(jī)接口仍然還處于研究中。此外一個(gè)重要的研究方向是將人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)引入腦機(jī)接口研究，人工智能革命可能將顯著推進(jìn)腦機(jī)接口的研究。

我的實(shí)驗(yàn)室最近證明，使用深度學(xué)習(xí)，我們能夠在 62 名健康受試者中提高基于腦電的非侵入式腦機(jī)接口的性能。

NBD：目前，國(guó)內(nèi)外都已有將腦機(jī)接口植入人體的成功案例。離這項(xiàng)技術(shù)的普及還距離多遠(yuǎn)？

賀斌：確實(shí)有成功的例子，但侵入式腦機(jī)接口的受試者數(shù)量仍然很少。這是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，但距離廣泛應(yīng)用于患者還有很遠(yuǎn)的距離，更不用說(shuō)健康人群了。無(wú)論是侵入式還是非侵入式腦機(jī)接口，都還需要付出很多努力才能實(shí)現(xiàn)廣泛的臨床應(yīng)用，包括開(kāi)發(fā)新穎可靠的硬件和解碼方式，從而可靠、準(zhǔn)確地讀取神經(jīng)代碼。

何塞·米蘭：一方面，腦機(jī)接口技術(shù)上存在一些局限性。我們知道在記錄大腦信號(hào)時(shí)有很大的不穩(wěn)定性，如何保證信號(hào)的穩(wěn)定還在研究中。對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，高昂的費(fèi)用是最大的限制。這也是所有研究工作的目標(biāo)——表明腦機(jī)接口具有足夠的優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取讓社會(huì)健康保險(xiǎn)可以覆蓋。

未來(lái)或走進(jìn)智能汽車領(lǐng)域

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)-300285662

NBD: 未來(lái)，腦機(jī)接口技術(shù)將如何改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睿?/p>

賀斌：腦機(jī)接口可以幫助癱瘓患者恢復(fù)活動(dòng)能力，并幫助其他患有各種疾病的患者。還可以幫助到普通人群，就像智能手機(jī)一樣。正是出于這個(gè)原因，我一直在研究非侵入式腦機(jī)接口，只有非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)才能使普通人群受益。

何塞·米蘭：腦機(jī)接口可以提高殘疾群體的基本（行為）能力，也可以幫助患有認(rèn)知障礙（如記憶力障礙、阿爾茲海默癥等）的群體改善認(rèn)知能力。

除此之外，為健康人群創(chuàng)建可用的腦機(jī)接口程序未來(lái)是一個(gè)很大的市場(chǎng)。顯然，健康人群的訴求并不是通過(guò)腦機(jī)接口去做本來(lái)就能夠完成的事情，而是希望它能夠幫助我們做不能做到的事或預(yù)測(cè)我們即將要做的事。目前的人工智能并沒(méi)有考慮到主體的認(rèn)知狀態(tài)，如果我們能將主體的認(rèn)知系統(tǒng)納入人工智能，就能通過(guò)腦機(jī)接口來(lái)創(chuàng)造額外的價(jià)值。而在使用腦機(jī)接口的同時(shí)，你的大腦也會(huì)經(jīng)歷不斷學(xué)習(xí)的過(guò)程。

NBD： “腦機(jī)接口+醫(yī)療”是我們現(xiàn)在普遍提到的一個(gè)應(yīng)用方向，除此之外，還可能有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？

何塞·米蘭：在智能汽車領(lǐng)域也大有可為，我們正在努力的一個(gè)方向就是用腦機(jī)接口為智能汽車司機(jī)服務(wù)，讓智能汽車擁有傳感器和“自主權(quán)”，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。最大的一個(gè)挑戰(zhàn)是如何使汽車以人類的方式進(jìn)行駕駛，做出符合人類想法的操作。我們已經(jīng)進(jìn)行了8年的研究，結(jié)果顯示這是可行的。

NBD：環(huán)顧世界，臉書(shū)、谷歌、亞馬遜、Neuralink等許多商業(yè)巨頭都在積極布局腦機(jī)接口領(lǐng)域。您如何看待腦機(jī)接口的商業(yè)化？

賀斌：大公司對(duì)未來(lái)技術(shù)很敏感，腦機(jī)接口就是這樣的技術(shù)之一，所以這并不奇怪。沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化，就無(wú)法將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為更大的社會(huì)效益。越來(lái)越多的商業(yè)公司對(duì)此感興趣，表明腦機(jī)接口研究的優(yōu)點(diǎn)和巨大的前景，這將推進(jìn)腦機(jī)接口的研究，反過(guò)來(lái)也有助于將其帶入社會(huì)和普通人群。

何塞·米蘭：我很高興大公司對(duì)這個(gè)研究領(lǐng)域感興趣，這證實(shí)了這些研究有幫助人類的價(jià)值。但我們需要注意的是，不應(yīng)對(duì)此盲目期待過(guò)高。試想人工智能已經(jīng)存在了多少年？70年之久。但直到近年我們才看到它的巨大成功。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，這是商機(jī)。但當(dāng)未來(lái)某一天他們停止了對(duì)這項(xiàng)研究的投資，資助機(jī)構(gòu)和公眾會(huì)怎么看待？是因?yàn)槟X機(jī)接口不再有價(jià)值了嗎？我不這樣認(rèn)為。因此我認(rèn)為我們對(duì)此應(yīng)保持謹(jǐn)慎。

記者：文巧 

編輯：蘭素英

視覺(jué)：蔡沛君

排版：蘭素英 王蜀杰