“如同在豆腐上立一根针，还不能伤害豆腐”，难度极高的脑机接口技术正在迎来突破。不久前埃隆·马斯克的神经科技初创公司Neuralink宣布，其首次人体临床试验已获得美国食品和药物管理局(FDA)批准。而我国也成功进行了全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验。脑机接口已成全球科技竞争的高地。
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脑机接口技术让科幻走进了现实。借助这项技术，得以让四肢瘫痪者重新站立和行走，渐冻人可以用“意念”打字，普通人也可以用脑电波回邮件……
(资料图片)
近日，埃隆·马斯克第十次访华备受关注。此前，他的神经科技初创公司Neuralink(神经连接)在脑机接口领域的“大动作”让业界震动。Neuralink宣布，其首次人体临床试验已获得美国食品和药物管理局(FDA)批准。
“这代表脑机接口进入了一个新时代。”清华大学医学院长聘教授高小榕表示，Neuralink的最新消息表明高速的脑机接口将进入人体临床试验阶段。
他谈到，脑机接口在过去半个世纪实现了从科幻到产业落地的突破，实现了从“0”到“1”，再从“1”生“2”。他希望，业内相关方可以协同攻关，克服挑战，在未来50年推动脑机接口实现质变。
脑机接口作为未来产业的重要分支，已成为全球科技竞争的高地。日前，在“2023中关村论坛|脑机接口创新发展分论坛”上，大咖云集，共谋脑机接口产业发展的未来，推动实现共建、共治、共享、共赢。
中国脑机接口设备发展迅速
脑机接口(BCI)指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。随着Neuralink的脑机接口获得人体临床试验批准，很多人关心国内脑机接口技术发展情况，以及国内何时能够进入人体临床试验阶段。
在高小榕看来，中国脑机接口的设备发展很快，而且与国际水平齐头并进。在脑机接口数据集方面，中国有最大的公开数据集，对推动脑机接口应用十分有意义。
信息传输速率被视为脑机接口最核心的评价指标。高小榕认为，全球脑机接口的信息传输速率进步也很快。其中，脑机接口领域有一个摩尔定律，大概以每10年提高4倍的速度增长着，并且其中不少增长点是中国脑机接口学者贡献的。
例如，作为中国神经工程及脑机接口学科的主要创建者，高小榕提出并实现了基于稳态诱发电位的脑机接口技术，这是业内的里程碑事件之一。
5月4日，全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功。试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂，这也意味着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。
高小榕指出，这个试验是在血管上做的，有很大的创造性。他解释，这就像人在豆腐上爬或踩，肯定会把豆腐踩坏，而这个试验找到了相对来说比较硬的组织——血管，然后把电极放上去，就像“脚还能挨着豆腐，但不至于把豆腐踩塌”。
脑机接口通过在脑与机器之间建立连接，可以替代、恢复、增强、补充脑功能，为脑功能损伤患者康复带来福音。因此，未来脑机接口在医疗领域的应用前景十分广阔。
中国科学院院士、世界神经外科联盟执委赵继宗介绍，在临床医学中，脑机接口技术已经应用于治疗癫痫、渐冻症、脊髓损伤、瘫痪以及抑郁症等。他还介绍，当前，关于脑机接口对治疗阿尔茨海默病是否有作用也在研究中。
中国脑机接口的人体临床试验何时会到来？赵继宗表示，“我觉得这很近，中国人能办大事儿，在理论、技术及伦理方面的差距不大，有一定的政策支持，这有利于脑机接口在国内的发展和应用。”
此外，在论坛上，工业和信息化部总工程师赵志国指出，当前，在产业界的共同努力下，我国已经形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链，并在医疗、教育、工业、娱乐等领域应用落地，将展现出强大的创新驱动力和巨大的发展潜力。
“如同在豆腐上立一根针，还不能伤害豆腐”
当前，脑机接口应用正处在临床试验阶段，还有许多技术和伦理问题尚待解决。
赵继宗指出，大脑结构复杂，脑机连接难度大。因为大脑有800亿-1000亿个神经元，每个神经元约有1万个神经元连接，分析脑机接口采集的数据非常困难：哪些信号有用，哪些信号没用，信号之间如何相互作用知之甚少。
具体来看，脑机接口可分为非侵入式脑机接口和侵入式脑机接口两大类，两种类型正在同步发展。
不少人认为，非侵入式脑机接口获取的脑电信号相对质量较差，容易受到外界干扰。在高小榕看来，使用非侵入式脑机接口就像在大脑周围通过设备接收天上发射的卫星信号，虽然接收的面积大，但单从通讯速率来看，只要匹配得好，非侵入式不比侵入式的通讯速率差。
相对而言，侵入式的脑机接口门槛更高。高小榕打了一个比方，在大脑中植入进去的芯片的主要材质是硅，是最硬的东西之一，而脑组织是人体里最软的组织之一，这两个东西要在一起工作，就如同“在豆腐上立一根针”，这根针既要能接触上豆腐，又不能伤害豆腐，这个难度很大，涉及多项技术突破。
“侵入式脑机接口发展的关键‘拦路虎’是如何避免生物学反应。”赵继伟在接受采访时表示，在避免生物学效应问题上，现在“卡脖子”的主要是材料，如果能把这个解决，脑机接口发展就会往前走一大步。
赵继伟指出，当前，在脑机接口领域里，国内与国际发展是同步的，国外做到的，国内也能做到。但更重要的是如何让政府参与协调产、学、研、用整条系统性链条的连接和运转。
高小榕指出，这两种类型的脑机接口实际上真正的、最终的应用场景并没有差别。
当前，国内以发展非侵入式脑机接口为主；美国则以动物实验为主的侵入性实验为主。在他看来，这两种方案是珠峰的南坡与北坡，最终都会汇集到一起，形成一个脑机接口全新的方案，这在未来50年可以预见。
另外，随着脑机接口技术的应用越来越深入，伦理问题逐渐凸显。赵继宗指出，一旦开始大面积推广脑机接口应用，采集人们的脑信号，就涉及大量隐私。对于这个问题，业内需要未雨绸缪。
此外，脑机接口领域的人才储备也很关键。高小榕谈到，这涉及诸多领域，例如计算机信息处理、生物技术以及材料等，涉及复合型人才的培养，这可能也是行业的一个短板。
未来已来 脑机合一何时实现
作为一名神经外科医生，这一次赵继宗再次站在脑机接口临床转化的最前沿。对于脑机接口的未来，赵继宗希望，脑机接口技术为患有意识障碍、认知障碍、偏瘫截瘫、渐冻症等疾病的患者减轻甚至消除痛苦。
高小榕也认为，未来脑机接口最早的应用场景可能是以医疗和助老为核心。到时候，脑机接口可以帮助像霍金这样的渐冻症患者便于行动。当老人渐渐丧失行动能力后，也可以通过机器做一些事。
在现场，赵继宗指出，高性能脑机接口、双向脑机接口以及信息安全是脑机接口闭环调控技术未来需要发力的方向。“目前脑机接口的通信速率仍较低，在大脑与机器之间建立高效的信息交流通道，是实现高性能脑机接口的关键。”
赵继宗指出，脑机接口的发展需要加强“政、产、学、研、医”的通力合作，加强人才培养，神经外科学理当成为脑机接口临床转化研究的主力军。
赵志国指出，在新征程上，工信部将把脑机接口作为培育未来产业发展的重要方向，加强脑机接口应用场景的探索，加速推动脑机接口产业的蓬勃发展。尤其是增强脑机接口产业的创新能力，加强脑机接口基础理论、信号采集、先进算法等前沿技术的研发能力，加快关键核心技术与重要应用产品的攻关，稳步提升脑机接口相关芯片、关键元器件等基础工业的能力水平。
赵志国还指出，将关注脑机接口技术对相关产业安全、伦理等方面带来的重大风险挑战，做好必要的制度建设、伦理规范、立法研究，推动建立医疗、教育等分级伦理管理制度，确定合理的科研和应用的边界，确保相关技术的安全应用。
脑机接口什么时候可以真正实现人机合一？高小榕指出，脑机接口最后的目标是实现脑机智能，即脑和机的智能的合一。
“脑机接口肯定是未来的不可或缺的手段，现在还没有一个能够替代它的东西。”高小榕表示，脑机接口发展已经走过了50年，这样的情况在下一个50年有望实现。