第709期｜2022/01/03
想象一下，無需任何言語，僅靠意念就能控制外界事物，僅與同伴眼神交流就能交換想法——在關于腦機接口（Brain Computer Interfaces）技術的暢想中，這些隻存在于科幻小說中的場景都将成為現實。
上世紀70年代，美國加州大學洛杉矶分校的計算機科學家雅克·維達爾首次提出腦機接口的概念。此後，腦機接口技術不斷發展，從使用電極帽用意念驅動光标，到首次将電極植入中風患者大腦，再到成功使癱瘓者進行更複雜的動作，科學家們一步一步跨越壁壘，實作了重大進展。
縱觀全球，Meta（原Facebook）、谷歌、亞馬遜，以及特斯拉創始人埃隆·馬斯克旗下的Neuralink等商業巨頭都在積極布局腦機接口領域。那如今腦機接口已經發展到了什麼階段？大腦信号如何被檢測和解讀？“意念控制”離普通人到底還有多遠呢？
《每日經濟新聞》（以下簡稱NBD）記者就此專訪到兩位腦機接口領域“大牛”——國際電氣電子工程師協會院士、得克薩斯大學奧斯汀分校電氣和計算機工程教授何塞 米蘭（José Millán），以及卡耐基梅隆大學生物醫學工程教授賀斌。
賀斌上司多項美國國立衛生研究院和國家科學基金會資助的教育訓練項目，其實驗室在2013年首次展示人類使用非侵入式腦機接口操縱無人機和控制機械手臂。圍繞腦控機器人設計，何塞 米蘭在基于腦電圖信号的腦機接口領域做出了多項開創性貢獻，并是以評為國際電氣電子工程師學會院士以及國際醫學和生物工程學院院士。
解碼大腦“意圖”
NBD：能否向大衆介紹下腦機接口這項技術？大腦傳遞出來的信号是如何被機器檢測和解讀出來的？目前這項技術的研究處于什麼階段？
賀斌：腦機接口是一種将大腦與計算機或外部裝置內建在一起的神經技術，主要應用是解碼大腦信号并使用解碼後的信号來控制裝置。大腦“意圖”被編碼在神經回路中，該神經回路産生小的電信号，信号通過腦組織傳播，由傳感器（例如植入大腦内部或頭皮上的電極）記錄。腦機接口研究仍處于其發展的早期階段，但已經顯示出巨大的應用前景。
何塞·米蘭：腦機接口是一種可以檢測大腦活動的技術，分為侵入式（在大腦内植入電極）和非侵入式（不需要在大腦中植入任何東西）。非侵入式腦機接口從外部檢測大腦活動，一種方法是使用心電圖，将電極簡單地附在人的頭部，另一種方法是使用FMRI（功能性磁共振成像）技術。
獲得的大腦信号将傳遞給電腦，再通過信号處理進行轉換。我們會應用機器學習和人工智能技術來建立一個關于大腦如何解碼不同心理指令的模型，對大腦信号進行解碼，這樣人的意圖就被傳遞給電腦，電腦再發送給下一級，如輪椅，如此一來就可以移動到任何地方。
NBD：非侵入式與侵入式腦機接口之間有什麼差別？目前的研究主要集中在侵入式還是非侵入式？
賀斌：侵入式腦機接口可以通過将電極植入腦内靠近神經回路的位置，以高保真度和信噪比記錄大腦信号。這引領了許多重要的神經科學發現，但代價是有創的，也是以對大多數人的應用相當有限。
而非侵入式腦機接口可以很容易地應用于人類，不會造成倫理或安全問題。但其限制在于信号品質低，解碼具有難度。目前，侵入式和非侵入式腦機接口的研究都受到廣泛關注。
何塞·米蘭：兩種腦機接口具有不同的優缺點。侵入式腦機接口可以非常接近腦電活動的源頭，但是需要通過手術植入電極，最終隻能得到關于大腦很小一部分的高分辨率圖像。
通過非侵入式腦機接口，能洞察到關于大腦活動的全局。當我們在計劃和執行身體動作時，大腦的許多區域需要協調才能執行這些動作。是以，雖然沒有關于單個神經元活動的高分辨率視圖，也可以重建大腦的活動（信号）。此外，非侵入式腦機接口不需要手術，費用更便宜，更易于普通人使用。
在一定程度上，侵入式腦機接口能更精确地檢測到大腦信号，但隻能看到其中很小一部分。如果需要一個更大的視野，它則無法提供更多額外的資訊源。
情緒、記憶能否解碼？
NBD：在研究過程中，如何評估腦機接口（尤其是侵入式）對人的健康風險？
賀斌：目前的侵入式腦機接口需要将電極植入大腦，可能會對腦組織造成損傷。侵入式腦機接口的人體試驗主要針對有嚴重癱瘓或其他疾病的患者。目前沒有使用侵入式腦機接口對人類健康的風險資料，風險因素主要依手術過程而定。
何塞·米蘭：據我從事侵入式腦機接口工作的同僚，他們尚未觀察到患者是以失去以前的任何能力。雖然可能産生一些局部損傷，但尚不足以造成額外的能力損失，因而這種風險似乎非常有限。對于非侵入式腦機接口，我們沒有觀察到任何風險。
NBD：科學家們對運動功能的解碼已經做了很多嘗試，未來通過腦機接口解碼情緒、疼痛和記憶等其他功能是否可能實作？
賀斌：腦機接口當然可以幫助解碼運動功能以外的大腦狀态和功能。例如，我的實驗室通過非侵入式腦電解碼人類受試者的疼痛水準，但這些研究目前處于相對早期的階段。在我看來，最重要的挑戰是如何在不受限制的條件下解碼大腦的功能和狀态，不僅僅是運動功能。
何塞·米蘭：認知決策和記憶過程這些進階功能被編碼在我們的大腦皮層（大腦最外面的一部分）中，但人類情緒大部分是在大腦皮層下區域進行編碼的，由于位于皮層下方，腦機接口很難進入這個區域。是以，解碼情緒相對更難，但可以通過大腦皮層的次級效應來判斷。
重塑“神經可塑性” 恢複受損功能
圖檔來源：賀斌團隊供圖
NBD：您所在的實驗室現在的研究重點是什麼？
賀斌：我的實驗室研究系統神經工程，開發新的傳感、成像和刺激技術來研究中樞神經系統。目前，我們專注于開發新型非侵入式神經技術，可以對大腦功能和功能障礙進行成像，調節大腦，并将大腦與外部裝置連接配接起來，以實作“大腦控制的智能系統”。
何塞·米蘭：目前的研究重心主要有兩點。我們已經開發了可靠的腦機接口技術，如何讓其為臨床服務，使嚴重神經系統疾病的人受益是重點之一。（腦機接口）不僅可以使癱瘓者駕駛自己的輪椅，而且還可以幫助他們恢複功能。我們正在進行的臨床試驗顯示手部嚴重殘疾的患者可以恢複手部功能。
第二點更為基礎，腦機接口可以使人們學習以不同的方式調節大腦活動，以便發送更好的指令，我們正在加速腦機接口使用者的學習過程。
NBD：腦機接口如何使患者恢複功能？
何塞·米蘭：當大腦受到損傷時，它實際上是有能力改變的，我們稱之為“神經可塑性”。這種可塑性展現在生活中的每一天，比如當你學習或記憶新知識的時候。我們正在用腦機接口去重塑這些未知的可塑性過程，使喪失編碼功能的大腦區域能夠恢複功能。
離普及還有多遠？
NBD：您在之前的采訪中提到，侵入式腦機接口出現了一個新的方向，即雙向腦機接口。現在這個領域的研究狀況如何？除此之外還出現了什麼新興的研究方向嗎？
賀斌：雙向腦機接口仍然還處于研究中。此外一個重要的研究方向是将人工智能（AI）和機器學習引入腦機接口研究，人工智能革命可能将顯著推進腦機接口的研究。
我的實驗室最近證明，使用深度學習，我們能夠在 62 名健康受試者中提高基于腦電的非侵入式腦機接口的性能。
NBD：目前，國内外都已有将腦機接口植入人體的成功案例。離這項技術的普及還距離多遠？
賀斌：确實有成功的例子，但侵入式腦機接口的受試者數量仍然很少。這是一項很有前途的技術，但距離廣泛應用于患者還有很遠的距離，更不用說健康人群了。無論是侵入式還是非侵入式腦機接口，都還需要付出很多努力才能實作廣泛的臨床應用，包括開發新穎可靠的硬體和解碼方式，進而可靠、準确地讀取神經代碼。
何塞·米蘭：一方面，腦機接口技術上存在一些局限性。我們知道在記錄大腦信号時有很大的不穩定性，如何保證信号的穩定還在研究中。對于患者來說，高昂的費用是最大的限制。這也是所有研究工作的目标——表明腦機接口具有足夠的優勢，争取讓社會健康保險可以覆寫。
未來或走進智能汽車領域
NBD:未來，腦機接口技術将如何改變人們的日常生活？
賀斌：腦機接口可以幫助癱瘓患者恢複活動能力，并幫助其他患有各種疾病的患者。還可以幫助到普通人群，就像智能手機一樣。正是出于這個原因，我一直在研究非侵入式腦機接口，隻有非侵入式腦機接口技術才能使普通人群受益。
何塞·米蘭：腦機接口可以提高殘疾群體的基本（行為）能力，也可以幫助患有認知障礙（如記憶力障礙、阿爾茲海默症等）的群體改善認知能力。
除此之外，為健康人群建立可用的腦機接口程式未來是一個很大的市場。顯然，健康人群的訴求并不是通過腦機接口去做本來就能夠完成的事情，而是希望它能夠幫助我們做不能做到的事或預測我們即将要做的事。目前的人工智能并沒有考慮到主體的認知狀态，如果我們能将主體的認知系統納入人工智能，就能通過腦機接口來創造額外的價值。而在使用腦機接口的同時，你的大腦也會經曆不斷學習的過程。
NBD：“腦機接口+醫療”是我們現在普遍提到的一個應用方向，除此之外，還可能有哪些應用場景？
何塞·米蘭：在智能汽車領域也大有可為，我們正在努力的一個方向就是用腦機接口為智能汽車司機服務，讓智能汽車擁有傳感器和“自主權”，實作自動駕駛。最大的一個挑戰是如何使汽車以人類的方式進行駕駛，做出符合人類想法的操作。我們已經進行了8年的研究，結果顯示這是可行的。
NBD：環顧世界，臉書、谷歌、亞馬遜、Neuralink等許多商業巨頭都在積極布局腦機接口領域。您如何看待腦機接口的商業化？
賀斌：大公司對未來技術很敏感，腦機接口就是這樣的技術之一，是以這并不奇怪。沒有産業化，就無法将基礎研究轉化為更大的社會效益。越來越多的商業公司對此感興趣，表明腦機接口研究的優點和巨大的前景，這将推進腦機接口的研究，反過來也有助于将其帶入社會和普通人群。
何塞·米蘭：我很高興大公司對這個研究領域感興趣，這證明了這些研究有幫助人類的價值。但我們需要注意的是，不應對此盲目期待過高。試想人工智能已經存在了多少年？70年之久。但直到近年我們才看到它的巨大成功。
對于企業來說，這是商機。但當未來某一天他們停止了對這項研究的投資，資助機構和公衆會怎麼看待？是因為腦機接口不再有價值了嗎？我不這樣認為。是以我認為我們對此應保持謹慎。
記者|文巧
編輯|蘭素英 孫志成 杜波
視覺|蔡沛君
排版|蘭素英 王蜀傑
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