何丽萍，《新闻》首席记者
编者按：
《史记》是第一本专门介绍"货"（商业）活动优秀人士的历史书，司马展讲解了世界经济思想和商业智慧，被誉为"历史思想与经济，是书的创作封面"。
新一轮科技革命和产业变革正在重塑世界经济结构，重构全球创新格局。在这场巨大的变革中，所有勇于创新、勇于创新、担当这个角色的企业家、企业家和工人的故事，都值得被铭记。我们推出了《金融人周刊》，讲述全球化时代潮流中商界人士的故事。
他们为时代传道，我们为他们发出信息。
人类大脑至少有1000亿个神经元，与银河系中的恒星数量大致相同。反过来，这些神经元形成一个10×15的神经连接，将复杂连接的神经连接到超过180，000公里的总长度。如此复杂的网络赋予了人类探索大脑的智慧，但世界科学家却在努力达到"终极前沿"。
将尖端的导电外壳绝缘电极植入脑组织中，近距离聆听破译神经元的"信息交流"，这比直接在外部世界和我们的大脑中实现"双向交流"的愿望更加雄心勃勃。这个想法可以追溯到20世纪20年代，当时一位德国医生开始试图找到当时看起来像"黑色技术"但现在是脑科学研究的重要组成部分的脑电信号。
今年上半年，中国科学院深圳高等技术研究院脑认知与脑病研究所高级工程师、博士生导师李伟建带领团队及其团队完成了在猕猴大脑中长期植入双阵列（1400多个通道的柔性电极阵列）， 并采用自研仪器成功以数万赫兹的高采样率，同步连续采集每通道神经信号，在全国率先开启脑机接口全技术链。他们正在使用中国第一个自主研发的超千路脑接口系统，试验猕猴的动手运动大脑接口，该系统被认为有望超越Theuralink之前用猕猴展示的"Mind Pong"。
近日，李彦健在接受 www.thepaper.cn 记者采访时表示，国内脑接口技术从各个环节并不落后于国际先进的实验团队，而是如何将各种环形技术有机地结合到高品质，即所谓的高性能系统集成，是当前亟待解决的问题。这就是硅谷"钢铁侠"大脑接口技术初创公司塞隆·马斯克（Theron Musk）的优势所在。
李伟建，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所高级工程师、博士生导师。向受访者提供图表
"如果大家在这个时间节点上努力，脑机接口技术就不会有明显的技术差距。现在是神经技术进入市场的时候了，如果我们能够跟上，我们和Neuralink所代表的美国技术之间应该没有太大的区别。李彦宏认为，这场比赛，国内依然有伟大而奔跑甚至未来领先的可能性。
李伟健，平头，黑框眼镜和T恤，到处都是工程师。他把面试定在下午，并承认这基本上是他一天工作的开始，他最喜欢的是深夜工作时间，这是一天中最安静和最有效的时间。说到脑机接口，他就像是拥有了大量的带宽，而专业词汇就像一把珠子枪。
但与工程师范不同，李也擅长表达，用非常简单的语言让深邃科学更接近普通观众。他喜欢用电影来打比方，他在一次演讲中说，"相信大家都看过《黑客帝国》这部经典的科幻电影，里面主要人物的大脑通过电缆连接到电脑上，他们可以通过意识直接游过虚拟世界，对于他们不会，只要几秒钟， 进入大脑的相关知识是可以学习的。然后是卡梅隆的《阿凡达》，其中英雄通过有意识的替换来控制阿凡达，然后通过阿凡达与飞龙进行有意识的对接，直接用意识控制飞龙。然后是"阿列塔：战斗天使"中的大脑神经，它与电子设备连接，通过意识的自由直接控制整个身体。这些真的是很科幻，现在随着脑机接口技术的发展，科幻小说有可能成为现实吗？"
李某有一个大胆的预言：6G时代的大脑接口，人类意识可以用"群聊"。
李先生于2001年毕业于西北大学化学工程系，并于2010年获得中国科学院生物物理研究所博士学位。在接下来的八年里，他在美国佐治亚医学院和西北大学接受助理研究员培训。"更具戏剧性"，李说，评论他的学术背景：从开始"利用合成生物学创造蛋白质，专注于创造新生命"到"受脑科学启发，研究更先进的人工智能形式"，最后尝试"将人脑与计算机整合在一起"。
2018年秋天，李伟健回国，不是选择离家乡天津更近的学术圈，而是加入中国科学院深圳高新技术研究院脑认知与脑病研究所，就像广东省脑脑重点研发项目启动一样。随后，他参与了省级脑智能关键技术和系统研究，以及国家级脑机融合脑信息认知关键技术研究。
李律师目前的研究领域主要是高性能脑接口和类脑工程，团队专注于植入式脑机接口，包括宽带脑机接口的神经电子学和神经ludation技术，用于神经成像和类脑计算的神经环路分析和解码技术，以及人形机器人的神经形态设备和系统。
"自1960年代以来，大脑接口实际上一直在研究中，此后很长一段时间，它被探索和功能验证。科学家发现，动物的行为可以从大脑获得的神经电信号中解码出来，这当然是神经生理学行为的基础，但它也表明大脑接口是可行的和科学的。"李先生说。
目前热门词汇 - 脑机接口，以不同的方式解释，狭义地是指在大脑与外部电子设备（例如不依赖于五边形和四肢的计算机）之间建立直接通信。它有两个英语代词，习惯的"脑机接口"主要是指基于在大脑外部收集的大脑信号的非侵入性脑接口技术，而"脑机接口"主要是指在大脑中植入神经活动传感器的大脑接口技术（即植入式脑接口技术）。科学家们希望这项技术将使大脑能够操纵外部设备，并且信息将直接输入大脑，以创建一个双向闭环信息系统。
值得注意的是，我国的"脑计划"或"脑科学与类脑研究"作为"科技创新2030重大专项"将全面启动。中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长、研究员胡涛在早前的一篇文章中写道，随着项目的进展，在脑认知原理分析、认知障碍相关重性脑病发病机制和干预技术研究等方面将取得较大进展。 脑计算和脑智能技术与应用，儿童青少年脑发育研究，技术平台建设。其中，脑接口作为底层核心技术，关系到我国"脑计划"的几乎所有关键内容。
放眼世界，除了马斯克和他的创始人Neuralink之外，DARPA、Facebook、谷歌和亚马逊等商业巨头也在积极布局脑机接口。陶虎提醒说，目前，我国脑接口（尤其是植入式脑接口）的关键器件和高端设备严重依赖进口，缺乏独创的脑机接口核心技术，跟踪、布局分散，缺乏系统化。近两年来，美国出口管制脑接口、系统级产品和核心设备供应受到很大影响，我国脑科学研究、治疗神经系统疾病患者也产生了不同程度的影响。
不过，陶虎也认为，在高端技术中，脑机接口是中国最有可能赶上甚至"直线超车"的领域之一。
4个通道到数千个通道，更小的设备捕获更多的神经信号
人类现在知道神经细胞使用电信号相互通信，这是短暂的放电。脑神经的电信号幅度非常弱，一般在微伏（uv）水平，并且必须经过颅骨和头皮的衰减，需要千倍放大显示和干扰减少滤光片才能形成电流对头皮脑电图并不陌生。
脑电图的测量可以追溯到20世纪20年代，世界上第一个脑电图记录来自德国精神病学家Hans Berger博士，他首次证明放置在大脑头皮上的电极可以测量反映大脑活动的电流。科学家对大脑中电信号的深入了解持续了近半个世纪。
直到1960年代和1970年代，脑机接口技术才真正开始形成。直到上个世纪末，它的增长相当缓慢。李将主要原因归咎于微电子和微加工技术的落后。他以神经信号采集为例："早期，我们只能使用单个传感器将神经信号穿透到动物的大脑中，基本上只记录一两个神经元的活动，这不足以让我们理解大脑。"
李伟健早期的实验是用传感器或玻璃包裹的钨电极，"一针向下，前尖端的触点可以收集神经电信号，针杆部件都是绝缘体。在一项实验中，很少有电极被植入大脑，神经电信号被收集到。"当然，2000年将分析数据的台式机可能不如今天的智能手机强大，我们获取的数据也不会像我们今天拥有的数据那样强大。
这就是为什么从博士学位毕业后，李加入了佐治亚医科大学钱卓教授的实验室，他是脑破译计划的倡导者。被誉为"聪明老鼠之父"的钱卓实验室拥有世界上最高的神经信号采集装置，这是一种由Plexon开发的1024通道神经电生理信号采集系统。"当时的电生理信号采集系统也相当大，基本上只有一个柜子那么大。满负荷运行时，需要同时运行八台台式计算机。"
"与电子计算机的历史类似，系统一开始很大，电路集成度也不高。李说："我研究生的时候，做过实验，使用的信号采集仪器是台式的，但是只能支持四个信号通道，现在我们的手持设备支持数千个通道。他强调，微电子和电子工程的进步显着改善了功能集成，使我们能够在较小的设备中捕获更多的神经信号。
Neuralink，现在最受欢迎的，在这一领域做了很多创新。2019年7月，Neuralink首次公布了其成果，一个可扩展的高带宽脑机接口系统。该系统由一组电子芯片和电线组成，这些芯片和电线只有4到6微米厚，比人的头发还细。整个系统由分布在大约100根柔性导线上的3，072个传感器组成。
一般来说，根据获取大脑信息的技术方式，现阶段的脑接口技术主要包括传统的无创头皮脑电图（EEG，是目前最成熟的技术）、无创成像技术，以及有创脑植入电极记录电信号技术。侵入性在时空精度方面具有无可比拟的优势，因此即使具有更多的安全性和道德风险，它无疑是世界顶级脑接口研究团队的首选。
植入式脑接口技术的挑战和困难是什么？作为世界领先的测试和测量制造商，以及大脑或生命科学行业的长期参与者，NI已经对此进行了研究。
NI亚太区高级技术市场经理郭琦此前告诉 www.thepaper.cn 新闻记者，从信号采集环节来看，关键技术环节及其难点如下：电极小型化、特殊材料选择、生物相容性、异质反应、前端信号调理放大（滤波、降噪等）等进一步优化要求，多通道同步信号采集，即数百~数千个 通道同步采集，动态范围高，16位/24位ADC位宽，采样率每秒数万个采样点，多通道信号实时处理，超高通道数字信号采集通过软件定义的硬件（如FPGA），方便研究人员快速实现神经信号滤波、去噪、解码、分析等创新算法原型的实现和验证;
郭文贵提到，中国国内主要脑技术相关机构、科研机构和企业的前三个环节都在受到攻击，"NI平台关注后两个环节，用自研或现成的采集系统用完整的闭环实时系统。"
缺乏对脑科学的理解是脑机接口的障碍吗？
Neuralink的缝纫机可以植入3000多个电极显然不是终点。大脑活动往往有数十亿个神经细胞同时参与，数以万计的电极对科学家来说可能还不够。
"有人提出百万路脑机接口系统，当然有人提到可能需要数亿个渠道，所以提了这个想法，但从技术角度来看是不是几年就能实现的，当然有些人认为这个想法太粗俗了？"在植入更多电极之前，我们最需要什么信息？这些重要信息从何而来？
他认为，在现阶段进行一项针对具体特派团的研究更为可行。在非侵入性功能性磁共振成像（fMRI）的情况下，它捕获大脑的整体图像，但不提供空间或时间的细节。换取神经电子信号，时空的分辨率要高出一千倍以上，"但这里有一个问题，我们现在的大脑接口技术无法实现大脑的全覆盖，只能植入几个特定的位置，而且植入大脑区域的传感器数量有一定的限制。"植入电极数量的增加也意味着手术和道德争议的风险增加。
大脑接口如何实现熟练的多任务处理，而不是目前演示的单一任务？这种对大脑控制的高性能要求使得脑接口的研究面临着增加收集的信息量和进一步了解脑科学的挑战。"它涉及多少个大脑区域？"从这些大脑区域收集了多少信息？今天的技术能支持它吗？这就是我们现在正在做的事情。"Li预测，一般来说，可能需要5000-10000个通道的采集通量才能实现多任务处理能力。
在李彦宏看来，脑科学和脑机接口之间也存在"双向困难"。"脑科学的基础研究尚不明确，这限制了脑机接口应用场景的快速扩展;脑机接口技术本身就是脑科学研究的重要工具，迫切需要技术升级，以加快脑科学的深入研究。他认为，脑接口技术既可以推动其在医疗领域的应用场景，又能推动其作为探索大脑运作机制、启发智能类脑系统设计的价值。
采集到海量脑神经电信息后，如何快速处理？这是另一个问题。"大脑接口需要实时解码，需要快速收集，快速处理，这是一个基本前提，应该在几十毫秒内完成。
郭还告诉记者，超高通道，加上每秒数万个采样点下每通道16bit/24bit的数据，需要非常高的系统带宽，G带宽上的数据需要在FPGA板上实时处理。"进入FPGA板，神经信号滤波、降噪、解码，甚至AI深度学习算法都需要大量的定点运算，包括通道间的信号运算，而实时处理往往需要几毫秒甚至细微的运算。
在大脑中神经信息的处理中，李认为现在更合适的是分开看待这两条路线。一条路线是指在获取神经信号后需要进一步研究，"我们对大脑的认识不是特别清楚，信号一定有科学的目的，这种使用当然希望神经信号的收集越详细越好，然后存储起来，这样以后可以通过超级计算机进行更详细的分析。"
另一条路线是用于大脑接口的实际应用，"我们需要尽快输出解码结果，这需要有意义的数据压缩，获得我们真正想要使用和使用的神经信息，以准实时方式处理它，并输出解码结果。"
根据上述两种路径，技术人员将有不同的策略。"他们在2019年与老鼠一起展示的有线脑接口系统有超过3000个通道，但两次显示的无线脑接口系统中的通道数量要少得多，实际上有很多数据压缩，无线输出的数据很少，"李说，再次引用Neuralink之前的结果。由于相应任务的简单性，这一点点信息足以让猴子有目的地控制屏幕上光点的运动。"
对于大脑神经电信息解码的另一个关键环，科学家们仍在研究真正的解码方法。
中国科学院院士、中国"脑工程"负责人蒲木明在2021年浦江创新论坛上指出，脑机接口领域还存在较大障碍，一些重大科学问题亟待解决。第一个大问题是如何解码大脑信息。他认为，现有的脑电波集合使用人工智能和机器学习算法解码脑电波所代表的信息，"是肤浅的解码，而不是真正理解大脑活动。"
蒲先生向 www.thepaper.cn 记者解释说，大数据现在在很大程度上被依赖，数据不够准确，"我不知道这是什么意思，我想对应。"他认为未来应该有更多的细节和更多的数据，"但如果你知道循环是什么样的，那就更好了。你知道这个循环代表这个手指运动，那个循环代表那个手指运动，你把它记录在上面，你很清楚，没有这样的能力。"
谈到这一点，李认为，大脑被划分为几个区域，因为它们的功能和处理信息的方式不同。"在处理连续动态信息的主要皮层区域，或者在产生离散抽象信息结构的大脑区域中，可以有相应的解码方法。但是在许多中间的、关节功能的大脑区域，信息仍然处于混合状态，我们没有一个好的方法来有效地提取这里的信息。哪些信息与我们的认知任务相对应？你如何解码它？仍然存在巨大的挑战。"
今年五月，领先的学术期刊《自然》（Nature）发表了一项具有里程碑意义的研究，由斯坦福大学、布朗大学、哈佛医学院等院校的研究人员撰写，将人工智能软件与脑机接口设备相结合，让一名脑部植入脑机接口设备的瘫痪患者想象拿着笔"试图"在一张水平纸上写字， 好像他的手没有瘫痪。而这个男人的笔迹意图，很快在电脑屏幕上转化为文字。
"当你只能记录传感器收集的少量神经元时，拥有非常不同的神经模式是有帮助的，并且意外混淆它们的可能性很低，"研究作者，斯坦福大学神经修复和转化实验室的研究科学家Francis R. Willett博士在接受 www.thepaper.cn News采访时说。这就是为什么复杂的动作，比如写不同的字母，可能更容易解码，而复杂性使它们更加独特和不同。相比之下，威利特进一步解释说，这是之前最先进的打字类型，"沿着一条直线移动到不同的键会唤起非常相似的神经活动模式，因为它只涉及具有不同角度或距离的直线运动。"
这也意味着，与我们的直觉相反，解码复杂行为比简单行为更有益，特别是在分类任务中，Willett指出。
全技术链整合是关键，商业化已经到来吗？
回国后，李的团队在脑机接口领域取得了一系列突破。
该团队开发的千通道神经电生理信号分辨率系统是与Neuralink系统相同水平的宽带脑机接口电子设备，因为它具有紧凑的尺寸和实时并行的神经解决方案。他们与中国科学院兄弟合作，成功地在兔子和食蟹猴的大脑中植入了256个柔性神经电极阵列的双阵列。几个月前，双阵列的1400多个通道柔性电极阵列在猕猴大脑中长期植入，并利用自研仪器实现全通道神经电信号的高速同步采集，在全国率先开启了全科技链的脑机接口。
具有两千多个通道的脑神经信号收集器的原型。
同时，李某等人正在加速实现我国首个自主研发的超千路脑机接口技术设备，用于猕猴手脑机接口实验。该研究将为中国自己开发用于瘫痪患者的植入式脑接口系统奠定基础。瘫痪的患者将通过大脑控制的机械肢体重新获得活动自由。
如今，该团队在脑机接口领域的水平如何？针对这个问题，李伟健谦虚地自我评价："如果单独谈每个技术环节，其实是一般性的。他认为，他过去工作的意义主要在于，"我们多年来一直在脑科学和神经解码上进行系统研究，现在通过自研和临时进口备件，我们认为整个系统更理想地建立起来，这样它才能更高效地运行，实现整个技术链。这样，我们就有了基于自己的想法、自己的技术、自己的系统，自主开发自己特色的大脑接口技术和应用的完整基础。"目前，该团队的大脑信号收集器只能实现手掌大小，具有超过2，000个采集和处理通量，带宽超过每秒100兆字节。
猴子上肢运动脑接口模型及实验演示。
李反复提到的基准是Neuralink。"从我们的角度来看，他们所有的东西都不是反技术，马斯克已经招募了所有领域的专家，随之而来的技术并不罕见，之前每个领域的顶级期刊或会议都报道过。关键优势是能够同时优化整个技术链的集成。
"脑机接口技术跨越多个学科，如何进行跨学科研发，如何将多学科人才凝聚在一起，并进行整合，这其实是目前脑接口真正前沿的难点。李克强进一步强调，国内在大规模系统集成方面的经验还不够，"现在相当于每个技术环节都有一些东西，也都做得很好，但这几个技术点有机地结合在一起，发挥得最有效，这是一个能力和流程。"
郭还谈到了类似的痛点：传统的脑接口研究团队并不具备或掌握所有方面，如何快速转化科研成果并落地，是该领域的挑战。不方便的是，目前的商业或现成系统相对封闭，研究人员很难进行定制修改，或者将自己的创新算法集成到系统中进行迭代开发。NI致力于形成一个完整、开放的生态系统，无论是硬件对接第三方还是软件算法IP，都能大大缩短研究人员的开发时间，让他们专注于他们最擅长的领域，并加速他们对大脑机制的基础研究。
值得一提的是，李伟健的中国科学院深圳高等研究院在跨学科合作方面具有相当的优势，其定位也是成为新型的国际一流产业研究院。"脑机接口既有基础研究，也有应用研究，需要一个来自基础脑科学、神经工程、机械和自动化、电子和计算机的多学科和跨领域研究人员团队，"李说。对此，深圳先进医院具有天然优势，项目合作甚至不需要走出大院。"例如，有负责非人灵长类动物实验平台的副研究员，从事传感器设计和评估的邓春山高级工程师，从事神经编码器算法的张善科副研究员，从事生物相容性增强的双洪副研究员，以及电子芯片设计王毅山高级工程师。
当然，在实际学习中，李伟健等人也会"走出院子"。"其他研究机构，包括我们的兄弟，在他们的研究领域已经进行了多年的深耕和储备，我们正在与在特定技术方面具有更大优势的团队密切合作。
团队成员
与同类产品Neuralink相比，李还谈到了一些差距，比如推广更高的通量传感器，以及具有更好的组织相容性和使用寿命，促进神经电子芯片的自主生产，全体内植入的系统集成等， "毕竟我们还处于原型阶段，虽然它像一记耳光一样大， 它仍然比Neuralink设备大得多，我们希望进一步将其小型化。
事实上，小型化是实现后续应用的关键一步。设备和无线通信的小型化将直接影响植入者的运动自由度，并决定该技术未来的普及。在李伟健等人看来，未来将进入实际应用的脑机接口，应该具有"四面向"的特点，即微创、小型化、无线化、类脑智能化。
技术最终如何落地？马斯克在Neuralink开篇表示，他的短期目标是治疗阿尔茨海默氏症和帕金森病等脑部疾病，他的长期计划是通过植入"芯片和电缆"来增强人脑的功能，将人脑与人工智能整合在一起。
"人类大脑与人工智能的整合是一个需要几十年的愿景，最乐观的估计将需要20年，但几年内实际可以做的事情主要是出于医疗目的，针对患有各种脑部疾病的患者。这正是李毅健本人目前所要推动的。
Neuralink的热量是否也意味着脑机接口商业化的"临界点"已经达到？李说，植入式脑机接口属于侵入性，即使是微创的，相应的产品也属于三类医疗器械。所谓三类医疗器械，即植入人体，用来支撑和维持生命，对人体有潜在危险，其安全性和有效性必须严格控制医疗器械。"这意味着批准很麻烦。
2020年8月，马斯克宣布，Neuralink的脑接口设备已于当年7月获得FDA突破性设备计划的认证，即将植入人体，该公司计划为该实验提交更多批准。另一家竞争对手Synchron成立于2017年，于7月获得FDA批准，领导其产品的人体临床试验，以验证其旗舰产品Stentrode运动神经假体在严重瘫痪患者中的安全性和有效性。
为了区分，Synchron使用脑血管支架样方法以微创方式将网状Stentrode传感器通过血管运输到大脑。"这种方法更容易在临床试验中批准，但电极只能停放在较大的血管中。由于可用的位点较少且与神经元的距离较远，因此不可能清楚地获得大量的神经学信息，因此这仍然是两回事。"李一直认为，Neuralink脑接口的未来临床试验最终将打开这一领域的闸门。
在真正的"打开闸门"之前，国内球队应该保持什么样的速度？"如果这个节点上的每个人都在努力工作，那么脑机接口技术就不会有明显的技术差距。现在也是神经技术开始进入市场转型的阶段，如果大脑接口也能跟上，那么我们和以Neuralink为代表的美国技术应该不会形成太大的差距。"李先生说。
此前，浦志强向 www.thepaper.cn 强调，中国团队的目标不仅限于追赶马斯克的技术，"在不同的方向上，我们的愿景更大，要做出闭环脑机接口需要付出很多努力。"
负责编辑：李跃群
校对：徐一佳