未來已來？腦機接口的機與危

在科幻電影中,經常有這樣的場景:殘障人士可以用機械臂自如地彈唱,人類依靠意念指揮着龐大的機械……其實,這些神奇的場景都是以一種技術為基礎的——腦機接口技術(Brain　Computer　Interface,簡稱BCI)。

埃隆·馬斯克2021年12月初在華爾街日報CEO理事會峰會上表示,希望明年能在人類身上使用腦機接口技術公司Neuralink的微晶片裝置。目前正在等待美國食品藥品監督管理局(FDA)的準許。由馬斯克2016年聯合創立的Neuralink公司正在開發一種微晶片,該晶片可植入人類大腦記錄并刺激大腦活動,将被用于醫學領域。馬斯克聲稱,該晶片将用于治療脊髓損傷、帕金森氏症等腦部疾病和神經系統疾病。

猴子用意念玩模拟乒乓球遊戲

2020年8月29日,馬斯克在活豬身上示範了“腦機接口”技術Neuralink。該裝置實作了對豬行為軌迹的精準預測。

2021年4月9日,Neuralink展示猴子用意念玩模拟乒乓球遊戲《Pong》。這隻猴子大腦中成功植入了腦機接口,通過腦電波控制球拍。大腦中的裝置記錄了猴子玩遊戲時神經元放電的資訊,學習預測它将做出的動作。

馬斯克說:“Neuralink在猴子身上運作良好,我們實際上做了很多測試,隻是為了确認它非常安全可靠,我們也可以安全地取出Neuralink裝置。”

今年有望在人類身上應用

“我們希望今年在首批人類身上,也就是那些有嚴重脊髓損傷,如四肢癱瘓的人身上應用Neuralink裝置。”馬斯克補充說,“我認為有機會讓無法行走或無法使用手臂的人再次恢複行動力。”根據馬斯克的說法,Neuralink的“植入裝置的标準大大高于FDA的要求”。植入了Neuralink大腦晶片的人,隻需用大腦就能向電腦下達指令。

馬斯克多次重申,Neuralink的大腦晶片是為癱瘓患者量身定做的。同時,它也允許人類“擴充”他們的能力。

馬斯克在其推特上重申了2022年Neuralink産品的時間表。他說:“明年,當我們在人體上安裝裝置時,進度将會加快。”

A

正應用到更多領域　發展前景可期

科學家積極探索腦機接口技術的實作與應用,醫療領域将是腦機接口技術的主要用武之地,例如利用腦機接口技術,使殘障患者通過控制機械臂進行活動。

除醫療領域外,腦機接口技術目前還被廣泛應用于航空航天、教育、娛樂等多個領域。例如在航空航天領域,腦機接口技術可以幫助航天員用大腦更好地操控機械裝置,在特殊的環境下執行任務等。未來,腦機接口技術将應用到更多領域,發展前景值得期待!目前,在醫療領域,我國也不乏成功應用的案例。

腦機接口應用新突破!浙大團隊研發腦“反導系統”抑制癫痫

“過去每個月要發病20多次,這個月僅在系統關閉做對比研究時發作了1次。”2021年4月19日,首位接受我國自主研發的首款閉環神經刺激器植入手術的癫痫患者,在浙江大學醫學院附屬第二醫院出院。

浙江大學腦機接口臨床轉化研究團隊負責人之一、浙大二院神經外科教授張建民介紹,經過一個月密切跟蹤觀察,綜合分析各項腦電資料及臨床效果,結果令人滿意,是我國腦機接口臨床轉化研究在難治性癫痫診治領域的一項重要突破。

張建民說,與傳統癫痫竈切除手術相比,這種閉環神經刺激器植入大大減小了開顱手術損傷,還彌補了臨床遇到的諸如雙側海馬硬化等無法通過傳統手術切除病竈的治療空白。與迷走神經刺激術、腦深部電刺激術等其他神經調控治療技術相比,具有按需精準刺激、閉環調控與自動預警等優勢。

“就像是在患者腦部安裝一個‘反導系統’,可以實時監測患者腦電活動情況,并自動識别癫痫等疾病的特征性腦電,在疾病發作前或剛一發生即‘報警’,同時自動激活脈沖發生器給予精準電刺激,進而對癫痫異常腦電産生抑制效果。”浙大二院神經外科主任朱君明表示。

與國外相關産品相比,浙大團隊的閉環神經刺激器通過無線可充電技術的使用,大幅提高了産品使用壽命,并且體積更小、重量更輕。

截癱卧床6年　　“腦機接口”讓她重獲行走能力

高空墜落導緻下肢完全失去知覺,截癱卧床6年,患者小韓和家屬怎麼也不敢想像如今還能重新站起來……近日,卧床癱瘓多年的患者小韓借助腦機接口,終于能在使用助行器的情況下獨自行走了。

患者小韓6年前在山上牧羊時,不慎跌入一個9米深的洞,導緻“完全性脊髓損傷”,下肢完全沒有知覺,生活不能自理。雖然在基層醫療機構進行了傳統康複訓練,但是仍然不能主動活動雙腿,站立也需要在幫助下才能勉強完成。

她偶然參與了首都醫科大學宣武醫院“重拾行走計劃”,通過半年系統的“腦機接口”康複訓練,目前已經能夠在穿戴支具、使用助行器的情況下獨自行走。

“腦機接口”如何發揮作用?首都醫科大學宣武醫院院長趙國光說,人類大腦可以産生運動意向,以電信号形式輸出給肢體,也可以接收來自軀體感覺資訊的輸入。一旦資訊傳導功能受損,指令的下行輸出和感覺資訊的上行輸入中斷,就會造成嚴重的功能缺失。“腦機接口”技術是大腦與外部裝置之間建立的直接連接配接。通過該技術,可提取大腦神經電活動信号,并與外部裝置建立資訊回報和互動。

趙國光介紹,如果患者的損傷發生于大腦皮層,缺失的功能可以通過“康複訓練”引導“大腦功能重組”進行修複。小韓的損傷是脊髓損傷中最嚴重的“完全性脊髓損傷”。“這些患者的大腦完全接收不到損傷平面以下的感覺輸入,同時運動指令也無法發送給肌肉。這種損傷通過傳統的外科手段或康複醫學手段都難以有效地實作損傷平面以下的功能恢複。”趙國光說,重拾行走計劃的成套腦機接口技術可以幫助很大範圍的患者恢複行走能力,未來将會逐漸幫助更多患者康複。

B

存在安全與健康風險　更有倫理問題

除了存在“侵入性”植入物的安全和健康風險外,腦機接口技術還存在很多倫理和技術問題:如果可以在大腦中安裝晶片,有多少人會同意安裝呢?人們是否能接受“開頭顱、插晶片”,并試圖“篡改”自己的神經沖動呢?

專家警告腦機接口或可使人類受到黑客攻擊

據外媒報道,一份新報告警告稱,腦機接口植入物可能讓我們容易受到黑客的攻擊。專家在接受采訪時表示,網絡犯罪分子可以通過這些腦機接口來抹除你的技能,并讀取你的想法或記憶——這類侵入的後果比其他任何系統都更嚴重。為了確定這項技術的安全性,系統需要“確定未經授權的人無法修改其功能”。這可能意味着需要采用類似于智能手機安全協定的手段,如加密和防毒軟體。

馬斯克自2016年以來一直緻力于發展其初創企業“神經連接配接”公司。這位億萬富翁聲稱,腦機接口将能幫助治療傷病、抑郁症和其他折磨人體的疾病。

然而,這項技術可能過于美好,以至于不太現實。研究人員提出了可能發生的可怕狀況。有報道稱,這種晶片可能為黑客提供一個管道,讓他們侵入政治官員、軍事人員和其他竊賊的想法或記憶,這些人自己也可能試圖實施數字攻擊。

此類洩露将比我們見過的所有資料洩露都更為嚴重。沃特福德理工學院通信軟體和系統小組的研究負責人薩西塔蘭·巴拉蘇布拉馬尼亞姆說:“(一次攻擊)會對大腦造成什麼樣的損害?它會抹除還是擾亂你的技能?”

他還說:“後果是什麼——是僅僅把新資訊輸入大腦,還是會嚴重到損傷神經元,進而導緻大腦内部啟動重新布線過程,然後擾亂你的思維……這不僅會産生資訊層面的影響,也可能傷害身體。”

◎侵入式腦機接口技術

侵入式腦機接口是指在大腦中植入電極或晶片。

導線會從頭部伸出,它就像你頭骨中的一個Fitbit運動記錄器,細微的導線會伸進你的大腦。

人的大腦中有上千億個神經元,通過植入電極,可以精準地監測到單個神經元的放電活動。但這種方式會對大腦造成一定的損傷,電極的植入不但會損傷大腦神經元,也會有感染的風險。

在大腦中植入電極後,周圍的膠質細胞會逐漸将電極包裹起來,電極監測到的神經元活動會越來越少。幾年甚至幾個月後,電極就完全監測不到神經元活動,如果需要再次使用,就得重新植入電極,再次經曆風險。

◎非侵入式腦機接口技術

●非侵入式的腦機接口是指頭戴式的腦電帽,它主要是使用腦電帽上的電極從頭皮上采集腦電信号。

●這種方式可以在頭皮上監測到群體神經元的放電活動,主要缺點是不夠精準。

●此外,頭戴式的腦電帽雖然不會損傷大腦,但每次使用時都需要先洗幹淨頭發,再往腦電帽的電極中注入導電膠,操作起來十分麻煩。

名詞解釋

腦機接口

指在人或動物大腦與外部裝置之間建立的直接連接配接,進而實作腦與裝置的資訊交換。當人類思考時,大腦皮層中的神經元會産生微小的電流。人類進行不同的思考活動時,激活的神經元也不同。而腦機接口技術便可以靠直接提取大腦中的這些神經信号來控制外部裝置,它會在人與機器之間架起橋梁,并最終促進人與人之間的溝通,創造巨大價值。

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