中科院李驍�。耗X機(jī)接口是元宇宙的終極形式

　　5月17日消息，由搜狐主辦的2023搜狐科技峰會17日上午在北京開幕。峰會上午，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級工程師、微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健作了題為《腦機(jī)接口不再只是科幻故事》的演講。

　　李驍健認(rèn)為，腦機(jī)接口是醫(yī)療的第一需求，而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的方式是，在大腦里放置傳感器，監(jiān)聽神經(jīng)元的活動。他認(rèn)為，這是一個腦控機(jī)器人時代，目前已經(jīng)出現(xiàn)了新型的Neuralink腦機(jī)接口系統(tǒng)，但是植入式醫(yī)療腦機(jī)接口設(shè)備的審批和監(jiān)管很嚴(yán)格。

　　以下為李驍健演講全文：

　　尊敬的各位來賓，線上各位朋友，大家好。我是研究高性能腦機(jī)接口和類腦工程的，2018年秋季回國，這幾年在一些劇場和網(wǎng)上做了一些腦機(jī)接口方面的科普演講。

　　在這段時間有很多朋友跟我聊得挺多電影里的一些科幻故事，科幻里很多提及腦機(jī)接口，但是腦機(jī)接口本身作為研究內(nèi)容已經(jīng)有很多可以進(jìn)行真正落地現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場景。當(dāng)然還有很多科幻故事，大部分應(yīng)該主要介紹科幻的東西。

　　我們先分別了解一下哪些是科幻，哪些能力可以照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。科幻電影《阿凡達(dá)》，前幾年已經(jīng)上映，這里面介紹潘多拉上的地球人生活情況，這個士兵下身已經(jīng)癱瘓，只能坐在輪椅上，但是給他造了一個當(dāng)?shù)氐娜嗽烊�，通過進(jìn)入睡眠艙之后，進(jìn)入一段天旋地轉(zhuǎn)之中，意識導(dǎo)入人造人中，可以說這是一種意識替換。但是非常遺憾，這種情況是完全科幻的。

　　某些科幻片展示了在未來短期內(nèi)有可能變成現(xiàn)實(shí)的，比如另外一個科幻電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》，這是一個機(jī)械身體，但是大腦是她自己的，這是人腦和機(jī)械身體的組合，通過生物腦神經(jīng)與電子裝置銜接是可以實(shí)現(xiàn)這種我們認(rèn)為可能實(shí)現(xiàn)的腦機(jī)接口。

　　腦機(jī)接口主要是大腦與外界直接進(jìn)行信息通訊的方式，主要強(qiáng)調(diào)是一種跨物質(zhì)的通訊方式。我們?yōu)槭裁匆�做腦機(jī)接口，實(shí)際腦機(jī)接口很直接的需求來自于醫(yī)療界。比如，前段時間去世的霍金先生他就是漸凍癥，主要是肌肉萎縮無法控制身體，雖然他的意識很清醒，雖然身體不行了，采集他大腦的信息有可能制造一個人造身體，讓他像阿麗塔能夠回歸正常生活。

　　我們提到怎么造腦機(jī)接口，讓癱瘓的人回歸正常生活呢，首先介紹一下我們的腦，我們有很多相對獨(dú)立的功能分區(qū)，額葉、面葉、小腦、針葉、頂葉，各自有一定的功能分區(qū)，整個大腦分區(qū)協(xié)同在一起工作才能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的腦功能。

　　大腦近千億神經(jīng)元交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜信息處理方式。我們要獲得這些腦神經(jīng)的信息就可能實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口，要想獲得這些傳遞信息怎么做?比較直接，就是在大腦里放置傳感器，監(jiān)聽大腦神經(jīng)元活動狀態(tài)。

　　從理論上說，把傳感器放在離神經(jīng)元越近的地方清晰度越高，就像一個耳麥就放在我嘴邊上是特別清晰的。但實(shí)際上在實(shí)踐用途主要有三個傳感器放置方式，一個是放在頭皮表面，就是這個綠色的位置。

　　還有貼在腦皮層表面，就是在腦內(nèi)，黃色位置。紅色是刺進(jìn)去，讓傳感器探頭貼近神經(jīng)元。把傳感器放在不同位置，針對不同的腦機(jī)接口的應(yīng)用場景，比如用于科學(xué)研究，研究大腦的機(jī)理，科研腦機(jī)接口，更希望采集高清的模式，貼近神經(jīng)元的動作電位，但是在醫(yī)療中，因?yàn)橹饕�是�?qiáng)調(diào)安全與穩(wěn)定，所以對高清需求并不是很高。

　　我們來看一下在科研應(yīng)用的腦機(jī)接口，這是在我的實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)一只獼猴，在透明罩子里，前面電極在腦內(nèi)，引出了信號線，通過采集系統(tǒng)采集腦的神經(jīng)信號，這些細(xì)波紋是猴子掙扎的腦信號，實(shí)際上猴子是麻醉的，在手術(shù)臺上，但是麻藥已經(jīng)停掉了，雖然身體不能動，但是意識在掙扎。

　　這些就是剛才從腦內(nèi)采集到的神經(jīng)信號原始的數(shù)據(jù)波形，有一些小毛刺，這就是神經(jīng)元發(fā)出的動作電位，就是高清信息。通過專門研發(fā)的分析軟件把這些神經(jīng)元單獨(dú)動作電位小波形提取出來，分級每個通道的信號。

　　提取這些腦機(jī)信號訓(xùn)練猴子做一些任務(wù)，開始用機(jī)械臂抓取一塊小的食物，放在猴子嘴前喂它，讓猴子逐漸意識到機(jī)械臂是喂食的，產(chǎn)生儀式上的因果關(guān)系以后，猴子逐漸打開它的腦神經(jīng)信息通道，采集腦信號，通過信號可以引導(dǎo)猴子參與主動的喂食任務(wù)�，F(xiàn)在這個猴子意識到它會啟動機(jī)械臂抓食物，當(dāng)?shù)竭@個斗的位置會釋放下來，進(jìn)到嘴里。這是實(shí)驗(yàn)室通過獼猴研究腦機(jī)接口。

　　這塊介紹是在美國斯坦福大學(xué)用病人志愿者研究腦機(jī)接口，病人頭上有一大的插頭，這是一位漸凍癥患者，不能動，試驗(yàn)人員指導(dǎo)她做任務(wù)，讀取腦信號，八個不同方向的光標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動，這就是大腦解碼的過程，同時研究大腦是如何工作的。但是腦機(jī)接口是需要大腦進(jìn)行學(xué)習(xí)的，只靠機(jī)器學(xué)習(xí)，對靈活進(jìn)行腦控還是不行的。

　　可以看到剛才的例子中使用的是一種Blackrock腦機(jī)接口，現(xiàn)在有帶著插頭的有線版本，還有無線版本采集腦信號。這種傳統(tǒng)設(shè)備在歷史上對腦機(jī)接口研究，特別是臨床上的腦機(jī)接口研究有很大的貢獻(xiàn)。2012年就在美國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，病人通過腦機(jī)接口控制機(jī)械臂抓取水杯，后面的人是監(jiān)控這個試驗(yàn)，主要是病人自己的腦信號直接控制機(jī)械臂。

　　可以看到，這個機(jī)械臂拿著這個瓶子磨磨蹭蹭，比人自己抓麻煩很多，到現(xiàn)在還沒有喝到。這里有一個問題，人是用眼睛看著手的位置，來做一個反饋，調(diào)整對手的控制，最后是喝到了。

　　這就是一個問題，剛開始是用眼睛進(jìn)行反饋，沒有進(jìn)行觸覺直接控制，要什么有什么，2016年就出現(xiàn)了有觸覺反饋的腦機(jī)器人，這個人是一個明星，當(dāng)時因?yàn)槌隽塑嚨�，這是做了腦植入手術(shù)，這是剛才看到的電極的小探頭，植入到腦內(nèi)，外面有兩個大的插頭。

　　這個人為什么比較有名，因?yàn)楫?dāng)時他參與這個項(xiàng)目之后可以靈巧控制機(jī)械臂，比2012年的靈敏度強(qiáng)很多，2016年美國啟動腦計劃時，他收到了美國總統(tǒng)奧巴馬的接見，展示了對機(jī)械臂控制的精確度。

　　還有一種情況，癱瘓的人還是有自己的胳膊和手，也可以控制機(jī)械臂，通過電刺激手腕上的肌肉做動作，比如手腕上有很多腕帶，上面是電刺激位點(diǎn)，前面腦袋的東西跟前面志愿者一樣，只不過這時候用電刺激手腕肌肉進(jìn)行倒取和攪拌的動作，是這樣一個情況。

　　由于近些年數(shù)字終端普及，很多癱瘓的病人想使用類似于平板電腦或者進(jìn)行網(wǎng)上購物交流之類的需求。這些年，特別是在2017、2018年，通過腦控同樣的設(shè)備打字，可以通過發(fā)送郵件功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

　　在2019年有一個新的突破，可以解碼語言，這片紅區(qū)域和人的語言高度相關(guān)的腦皮層區(qū)域�？梢钥吹�，這是一個志愿者，腦內(nèi)采集神經(jīng)信號，這個大的電極是一大片，和剛才的電極是不一樣的，因?yàn)閯偛盘岬礁�語言相關(guān)的腦區(qū)范圍很大，所以需要大型電極。那片區(qū)域主要是對喉部肌肉的控制，解碼語言是跟控制胳膊一樣，都是做運(yùn)動的解碼，通過人工智能算法，逐漸使得喉部肌肉運(yùn)動�？梢钥吹絻烧吆芟瘛�

　　剛才提到進(jìn)行了語言重建，在前年有一個通過閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控治療精神病，現(xiàn)在主要治療重度抑郁。這個設(shè)備有兩個長的觸須，精神疾病如果要治療靶點(diǎn)和病灶不在一起，有一個病人幸運(yùn)，兩個點(diǎn)在一起，起到了癥狀緩解的作用。但是整體來說，精神類疾病往往是多腦區(qū)異常，需要多靶點(diǎn)協(xié)同調(diào)控才能更好治療精神疾病。

　　去年有一個新的東西進(jìn)入了臨床，它是一種出道即巔峰的技術(shù)，剛才看到的都是給腦打洞是通過血管順進(jìn)去的，它其實(shí)就是血管支架，這個小小節(jié)點(diǎn)就是傳感器的探頭。

　　這里有我一個問題，只能在中間的大血管展開，否則容易血管堵塞導(dǎo)致腦栓塞，同時采集的是腦附近的信號，遠(yuǎn)端采集不到了，這也是一個不足，優(yōu)點(diǎn)就是不需要腦袋打洞，從脖子把電極順進(jìn)去就可以。由于采集的信號區(qū)域比較小，這個信息量低，需要跟眼睛一起配合才能做在虛擬鍵盤打字的動作。雖然信息量不大，但是由于手術(shù)比較簡單，所以進(jìn)入臨床比較容易，去年已經(jīng)在美國開展了臨床嘗試。

　　作為腦機(jī)接口來說，激進(jìn)的是馬斯克搞的Neuralink系統(tǒng)，研制了專門的微型腦神經(jīng)處理芯片，搭建了有線和無線兩套系統(tǒng)，特別認(rèn)為柔性的細(xì)絲需要專門的機(jī)器人植入腦內(nèi)，這是一個試驗(yàn)，看起來是非常先進(jìn)。

　　不過有一個比較大的問題，因?yàn)檫@種植入式腦機(jī)接口作為三類醫(yī)療器械監(jiān)管是非常嚴(yán)格的，比如說去年馬斯克提出申請醫(yī)療認(rèn)可被拒絕了，美國FDA對這方面是有專門明文規(guī)定，主要是規(guī)定植入式腦腦機(jī)接口進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域的過程，特別是在2021年發(fā)布了這個指南，用以規(guī)范腦機(jī)接口技術(shù)在臨床普及。

　　除了獼猴實(shí)驗(yàn)，前面講的都是美國人做的這些嘗試。中國在這方面起步剛剛起來，現(xiàn)在我們也努力做了一些東西。比如說像剛才介紹的腦控機(jī)械臂猴子，這就是我們實(shí)驗(yàn)室的類似展示，黑白圖，猴子在布下面，剛做完手術(shù)，傳感器、器件模組、采集裝置，解讀這個信號，當(dāng)猴子清醒時控制機(jī)械臂進(jìn)行操作。

　　另外，剛才提到實(shí)驗(yàn)室做得東西只能給動物用，我們要把腦機(jī)接口技術(shù)推到臨床給病人用，就需要走商業(yè)化路線，這就是創(chuàng)立了微靈醫(yī)療，研發(fā)醫(yī)療級的腦機(jī)接口，基本上依托于前面的研究成果，比如柔性的薄膜形電極陣列，采集刺激一體的電子芯片，搭建了千通道的系統(tǒng)，依托這些技術(shù)推出了醫(yī)療級的解決方案，這就是一個無線的示意圖。我們專門做了一個視頻介紹整個系統(tǒng)以及產(chǎn)品設(shè)計。這些信號是我們自己采的猴子的信號，可以做一些腦控任務(wù)。

　　這是一個腦控機(jī)器人時代，我想起名叫霍金的特斯拉，如果霍金有這樣的機(jī)器人，他的生活會自由得多。

　　最后展望一下未來場景。因?yàn)楝F(xiàn)在看到的元宇宙大家還是戴著VR眼鏡，感覺很不自然，我認(rèn)為腦機(jī)接口應(yīng)該是元宇宙的終極形式，這種情況下大家不再需要感官，直接腦腦相連，實(shí)現(xiàn)真正的元宇宙。總結(jié)一下，通過研發(fā)植入式腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)心腦相連，謝謝大家。