#天目Tech+#用意念控制外物！脑机接口的时代真的来了吗？

你能想象吗？把一块微芯片植入猴子大脑，猴子就能用“意念”玩电子游戏了。

前不久，硅谷“钢铁侠”马斯克旗下初创公司Neuralink把这事做到了。马斯克还透露，顺利的话，今年晚些时候，这项技术将进行初步人体试验。

马斯克志在做侵入式脑机接口技术 图片来自Neuralink

由此，脑机接口再度引发了公众的热情与好奇。在脑中植入一个装置，就能读取你的意识，实现对外部设备、甚至肌体的控制——这种类似科幻电影中的场景，正在成为现实。

脑机接口能许人类怎样的未来？除了马斯克的实验，国内有没有研究成果？为此，《天目Tech+》约见了一位脑机接口领域科研人员——浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心特聘研究员祁玉，和她详细聊了聊这件事。

让大脑用“意念”控制设备

“这事并不新鲜，其实早在十几年前，学术界就实现了类似工作。”谈到马斯克关于脑机接口的最新成果，祁玉开门见山。虽然并不新鲜，但她依然认为，这是好事，让更多人关注到了这个领域。

所谓脑机接口，就是建立生物大脑与外部设备之间的直接联系，让大脑用“意念”控制外部设备。

大脑神经元信号示意图 图片来自 视觉中国 

这种联系如何实现？ 大脑神经元信号采集很重要。

成人大脑中约有140亿个神经细胞（即神经元），它们互相连接，控制着人类的思考、运动。读取并利用大脑神经元的信号，就是脑机接口的目标。

按信号采集形式，脑机接口主要分为侵入式和非侵入式。非侵入式的脑机接口以穿戴为主，已有商业化设备和游戏应用。

侵入式则是开颅，将信号采集装置植入大脑。一般来说，这部分装置主要包括脑信号采集电极、脑信号放大器两部分。

图1 脑信号采集电极 受访者 供图

“入脑”的是电极，一般为一个正方形“金属片”，需开颅放置在大脑皮层上，布满神经探针的一面（如图1）侵入“脑仁”。原理上，电极插入大脑，周边的神经元信号就能被采集。

电极采集的信号通过导线连接到信号放大器。“脑内信号采集后，经过信号放大器放大，再传递至外部的信号处理器设备。我们会对脑信号进行解码，最终实现对外部设备的控制。”祁玉说。

脑机接口，能许人类怎样的未来？

人类对脑机接口的研究已达数十年，2000年后，相关技术进展迅速。

美国布朗大学研究人员曾开发过一个脑机接口系统BrainGate。2006年，该团队通过系统，让四肢瘫痪的人通过“思考”控制计算机光标。

2012年 布朗大学让凯西女士通过脑机接口控制机械臂  图片来自布朗大学官网 

“我印象尤为深刻的是，2012年，布朗大学的研究使一个叫凯西的女士通过侵入式脑机接口系统控制机械臂，她瘫痪十五年以来第一次自主喝到咖啡。”祁玉说。

在国内，脑机接口的研究虽然起步晚一些，但成果并不逊色。

8年前，祁玉所在的浙江大学团队就破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏等手势的神经信号，让猴子能通过脑机接口控制外部机械手。

到了2014年，天津大学研发了非侵入式脑机接口——人工神经机器人系统“神工一号”，用穿戴方式，辅助中风患者进行康复训练。

国内首例侵入式脑机接口临床转化案例 受访者 供图

还有更让人兴奋的成果。2020年，祁玉所在的浙江大学团队成功完成国内首例侵入式脑机接口临床转化。通过交叉学科研究，团队给浙大二院一位72岁的高位截瘫大伯植入装置，使他能通过 “意念”控制机械手臂，完成握手、拿饮料、吃油条等动作。

拥有丰富实践案例的脑机接口，能许人类一个怎样的未来？

“侵入式脑机接口最有潜力的方向应该是医疗领域，有望应用于癫痫等脑疾病的治疗、偏瘫病人的运动康复及辅助、渐冻症病人的对外交流等。”祁玉说。

此外，她也认为，脑机接口的应用还能扩展到语言、视觉、认知等领域。意念说话、梦境读取、记忆增强等都有实现的可能，潜力巨大。

最大的挑战，其实不是开颅

既然已经有这么多实验案例，脑机接口为何还没有实现广泛应用？

此前，开颅植入对大脑的损伤被视为最大挑战。

“事实上，并不完全是这样。”祁玉说，侵入式脑机接口虽然需要开颅，但手术技术相对成熟，电极植入也基本不影响大脑功能。

脑机接口面临的真正挑战包括但不限于：

植入硬件设备的改进、信号解析的算法创新、电极长期植入的稳定性。

脑机接口信号采集装置：a 为电极；b 为连接线；c-e 为脑电信号放大器 受访者供图

祁玉解释，目前，在侵入式脑机设备层面，目前大多采用通用的放大器和计算机设备，全套设备复杂、笨重、费用高昂，普及使用多有不便。

同时，人脑神经信号会动态变化，电极固定位置的神经元信号并不恒久稳定，信号解析常需校准。“可以想象一下，我们每天电脑开机后，需要先校准10分钟鼠标光标才能使用，是不是很崩溃？”祁玉解释道。

除此之外，电极的稳定性也是一个难题。祁玉说：“电极在大脑中长期植入会引起组织排异反应，信号质量会逐渐下降，可能几年就失效了。”

不过，一个好消息是，目前，国内外都有很多团队正在针对难题各个击破，为突破脑机接口技术瓶颈而努力。

右侧为 Neuralink 改进后的脑机接口电极 图片来源于Scientific American

“马斯克的团队在脑机接口硬件上做了集成和创新，让脑机接口更贴近应用层面。” 祁玉说，国内也有不少团队在材料等方面创新，希望通过减轻大脑组织排异反应，提高电极记录的长期稳定性。

她认为，从现在的技术发展趋势来看，脑机接口技术有望在十年之内有应用方面的突破。

从研发到应用，人类科技史上，脑机接口已经走过了漫长的道路。

目前，海外麻省总医院已经完成了几十例病人脑机接口的植入应用，马斯克的Neuralink也在马不停蹄向人们展示着最新的应用成果。

这是个多学科交叉领域，涉及到的学科包括脑科学、计算机、生物医学、机械和电子工程等，需要巨大的人力、财力投入。

我们如何才能走得更远？

这次交谈中，祁玉一再提及，攻破脑机难题，最需要的还是人才。她说：“脑机接口应用潜力巨大，已经成为发达国家激烈竞争的科研高地。我国需要发展自己的技术，就需要一批有志之士，尤其是年轻人才加入。”

好在，国内已有临床应用案例，并取得良好效果。对这个领域，我们也应保持执着与乐观，一切都在向着更好的方向发展。

（感谢之江实验室对本文做出的贡献）