“如同在豆腐上立一根針,還不能傷害豆腐”,難度極高的腦機(jī)接口技術(shù)正在迎來突破。不久前埃隆·馬斯克的神經(jīng)科技初創(chuàng)公司Neuralink宣布,其首次人體臨床試驗(yàn)已獲得美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)。而我國也成功進(jìn)行了全球首例非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)。腦機(jī)接口已成全球科技競爭的高地。
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腦機(jī)接口技術(shù)讓科幻走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。借助這項(xiàng)技術(shù),得以讓四肢癱瘓者重新站立和行走,漸凍人可以用“意念”打字,普通人也可以用腦電波回郵件……
【資料圖】
近日,埃隆·馬斯克第十次訪華備受關(guān)注。此前,他的神經(jīng)科技初創(chuàng)公司Neuralink(神經(jīng)連接)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的“大動作”讓業(yè)界震動。Neuralink宣布,其首次人體臨床試驗(yàn)已獲得美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)。
“這代表腦機(jī)接口進(jìn)入了一個新時代。”清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院長聘教授高小榕表示,Neuralink的最新消息表明高速的腦機(jī)接口將進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段。
他談到,腦機(jī)接口在過去半個世紀(jì)實(shí)現(xiàn)了從科幻到產(chǎn)業(yè)落地的突破,實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”,再從“1”生“2”。他希望,業(yè)內(nèi)相關(guān)方可以協(xié)同攻關(guān),克服挑戰(zhàn),在未來50年推動腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)質(zhì)變。
腦機(jī)接口作為未來產(chǎn)業(yè)的重要分支,已成為全球科技競爭的高地。日前,在“2023中關(guān)村論壇|腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展分論壇”上,大咖云集,共謀腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來,推動實(shí)現(xiàn)共建、共治、共享、共贏。
中國腦機(jī)接口設(shè)備發(fā)展迅速
腦機(jī)接口(BCI)指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接,實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。隨著Neuralink的腦機(jī)接口獲得人體臨床試驗(yàn)批準(zhǔn),很多人關(guān)心國內(nèi)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展情況,以及國內(nèi)何時能夠進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段。
在高小榕看來,中國腦機(jī)接口的設(shè)備發(fā)展很快,而且與國際水平齊頭并進(jìn)。在腦機(jī)接口數(shù)據(jù)集方面,中國有最大的公開數(shù)據(jù)集,對推動腦機(jī)接口應(yīng)用十分有意義。
信息傳輸速率被視為腦機(jī)接口最核心的評價指標(biāo)。高小榕認(rèn)為,全球腦機(jī)接口的信息傳輸速率進(jìn)步也很快。其中,腦機(jī)接口領(lǐng)域有一個摩爾定律,大概以每10年提高4倍的速度增長著,并且其中不少增長點(diǎn)是中國腦機(jī)接口學(xué)者貢獻(xiàn)的。
例如,作為中國神經(jīng)工程及腦機(jī)接口學(xué)科的主要創(chuàng)建者,高小榕提出并實(shí)現(xiàn)了基于穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的腦機(jī)接口技術(shù),這是業(yè)內(nèi)的里程碑事件之一。
5月4日,全球首例非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京取得成功。試驗(yàn)在猴腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)了介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂,這也意味著我國腦機(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。
高小榕指出,這個試驗(yàn)是在血管上做的,有很大的創(chuàng)造性。他解釋,這就像人在豆腐上爬或踩,肯定會把豆腐踩壞,而這個試驗(yàn)找到了相對來說比較硬的組織——血管,然后把電極放上去,就像“腳還能挨著豆腐,但不至于把豆腐踩塌”。
腦機(jī)接口通過在腦與機(jī)器之間建立連接,可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充腦功能,為腦功能損傷患者康復(fù)帶來福音。因此,未來腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。
中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟執(zhí)委趙繼宗介紹,在臨床醫(yī)學(xué)中,腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于治療癲癇、漸凍癥、脊髓損傷、癱瘓以及抑郁癥等。他還介紹,當(dāng)前,關(guān)于腦機(jī)接口對治療阿爾茨海默病是否有作用也在研究中。
中國腦機(jī)接口的人體臨床試驗(yàn)何時會到來?趙繼宗表示,“我覺得這很近,中國人能辦大事兒,在理論、技術(shù)及倫理方面的差距不大,有一定的政策支持,這有利于腦機(jī)接口在國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用?!?/p>
此外,在論壇上,工業(yè)和信息化部總工程師趙志國指出,當(dāng)前,在產(chǎn)業(yè)界的共同努力下,我國已經(jīng)形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機(jī)接口全產(chǎn)業(yè)鏈,并在醫(yī)療、教育、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域應(yīng)用落地,將展現(xiàn)出強(qiáng)大的創(chuàng)新驅(qū)動力和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
“如同在豆腐上立一根針,還不能傷害豆腐”
當(dāng)前,腦機(jī)接口應(yīng)用正處在臨床試驗(yàn)階段,還有許多技術(shù)和倫理問題尚待解決。
趙繼宗指出,大腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜,腦機(jī)連接難度大。因?yàn)榇竽X有800億-1000億個神經(jīng)元,每個神經(jīng)元約有1萬個神經(jīng)元連接,分析腦機(jī)接口采集的數(shù)據(jù)非常困難:哪些信號有用,哪些信號沒用,信號之間如何相互作用知之甚少。
具體來看,腦機(jī)接口可分為非侵入式腦機(jī)接口和侵入式腦機(jī)接口兩大類,兩種類型正在同步發(fā)展。
不少人認(rèn)為,非侵入式腦機(jī)接口獲取的腦電信號相對質(zhì)量較差,容易受到外界干擾。在高小榕看來,使用非侵入式腦機(jī)接口就像在大腦周圍通過設(shè)備接收天上發(fā)射的衛(wèi)星信號,雖然接收的面積大,但單從通訊速率來看,只要匹配得好,非侵入式不比侵入式的通訊速率差。
相對而言,侵入式的腦機(jī)接口門檻更高。高小榕打了一個比方,在大腦中植入進(jìn)去的芯片的主要材質(zhì)是硅,是最硬的東西之一,而腦組織是人體里最軟的組織之一,這兩個東西要在一起工作,就如同“在豆腐上立一根針”,這根針既要能接觸上豆腐,又不能傷害豆腐,這個難度很大,涉及多項(xiàng)技術(shù)突破。
“侵入式腦機(jī)接口發(fā)展的關(guān)鍵‘?dāng)r路虎’是如何避免生物學(xué)反應(yīng)?!壁w繼偉在接受采訪時表示,在避免生物學(xué)效應(yīng)問題上,現(xiàn)在“卡脖子”的主要是材料,如果能把這個解決,腦機(jī)接口發(fā)展就會往前走一大步。
趙繼偉指出,當(dāng)前,在腦機(jī)接口領(lǐng)域里,國內(nèi)與國際發(fā)展是同步的,國外做到的,國內(nèi)也能做到。但更重要的是如何讓政府參與協(xié)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研、用整條系統(tǒng)性鏈條的連接和運(yùn)轉(zhuǎn)。
高小榕指出,這兩種類型的腦機(jī)接口實(shí)際上真正的、最終的應(yīng)用場景并沒有差別。
當(dāng)前,國內(nèi)以發(fā)展非侵入式腦機(jī)接口為主;美國則以動物實(shí)驗(yàn)為主的侵入性實(shí)驗(yàn)為主。在他看來,這兩種方案是珠峰的南坡與北坡,最終都會匯集到一起,形成一個腦機(jī)接口全新的方案,這在未來50年可以預(yù)見。
另外,隨著腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用越來越深入,倫理問題逐漸凸顯。趙繼宗指出,一旦開始大面積推廣腦機(jī)接口應(yīng)用,采集人們的腦信號,就涉及大量隱私。對于這個問題,業(yè)內(nèi)需要未雨綢繆。
此外,腦機(jī)接口領(lǐng)域的人才儲備也很關(guān)鍵。高小榕談到,這涉及諸多領(lǐng)域,例如計算機(jī)信息處理、生物技術(shù)以及材料等,涉及復(fù)合型人才的培養(yǎng),這可能也是行業(yè)的一個短板。
未來已來 腦機(jī)合一何時實(shí)現(xiàn)
作為一名神經(jīng)外科醫(yī)生,這一次趙繼宗再次站在腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化的最前沿。對于腦機(jī)接口的未來,趙繼宗希望,腦機(jī)接口技術(shù)為患有意識障礙、認(rèn)知障礙、偏癱截癱、漸凍癥等疾病的患者減輕甚至消除痛苦。
高小榕也認(rèn)為,未來腦機(jī)接口最早的應(yīng)用場景可能是以醫(yī)療和助老為核心。到時候,腦機(jī)接口可以幫助像霍金這樣的漸凍癥患者便于行動。當(dāng)老人漸漸喪失行動能力后,也可以通過機(jī)器做一些事。
在現(xiàn)場,趙繼宗指出,高性能腦機(jī)接口、雙向腦機(jī)接口以及信息安全是腦機(jī)接口閉環(huán)調(diào)控技術(shù)未來需要發(fā)力的方向?!澳壳澳X機(jī)接口的通信速率仍較低,在大腦與機(jī)器之間建立高效的信息交流通道,是實(shí)現(xiàn)高性能腦機(jī)接口的關(guān)鍵?!?/p>
趙繼宗指出,腦機(jī)接口的發(fā)展需要加強(qiáng)“政、產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)”的通力合作,加強(qiáng)人才培養(yǎng),神經(jīng)外科學(xué)理當(dāng)成為腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究的主力軍。
趙志國指出,在新征程上,工信部將把腦機(jī)接口作為培育未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向,加強(qiáng)腦機(jī)接口應(yīng)用場景的探索,加速推動腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。尤其是增強(qiáng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力,加強(qiáng)腦機(jī)接口基礎(chǔ)理論、信號采集、先進(jìn)算法等前沿技術(shù)的研發(fā)能力,加快關(guān)鍵核心技術(shù)與重要應(yīng)用產(chǎn)品的攻關(guān),穩(wěn)步提升腦機(jī)接口相關(guān)芯片、關(guān)鍵元器件等基礎(chǔ)工業(yè)的能力水平。
趙志國還指出,將關(guān)注腦機(jī)接口技術(shù)對相關(guān)產(chǎn)業(yè)安全、倫理等方面帶來的重大風(fēng)險挑戰(zhàn),做好必要的制度建設(shè)、倫理規(guī)范、立法研究,推動建立醫(yī)療、教育等分級倫理管理制度,確定合理的科研和應(yīng)用的邊界,確保相關(guān)技術(shù)的安全應(yīng)用。
腦機(jī)接口什么時候可以真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)合一?高小榕指出,腦機(jī)接口最后的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)腦機(jī)智能,即腦和機(jī)的智能的合一。
“腦機(jī)接口肯定是未來的不可或缺的手段,現(xiàn)在還沒有一個能夠替代它的東西?!备咝¢疟硎?,腦機(jī)接口發(fā)展已經(jīng)走過了50年,這樣的情況在下一個50年有望實(shí)現(xiàn)。
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