腦機接口并不神秘

走進李驍健的實驗室，各種零件、設備、工具滿滿當當。比起科學實驗室，這里更像一個工程實驗間。其中，頭頂接有一個小盒子外設的玩具猴引人注目。李驍健說，這是團隊對比真實實驗猴制作的演示道具。

腦機接口，本質上是在人或動物的腦與外部設備間，創(chuàng)建用于信息交換的連接通路。根據(jù)采集信息方式的不同，分為植入式和非植入式兩種。其中，植入式即將傳感器植入腦內(nèi)，可獲得高質量的神經(jīng)信號，并利用電流讓計算機和腦細胞產(chǎn)生“互動”;而非植入式只需戴上“腦電帽子”，通過無創(chuàng)的經(jīng)顱電刺激，來達到一定的信息傳遞效果。

李驍健團隊專注于植入式腦機接口的研究。他向記者詳細展示了實驗中涉及到的各個模塊，“腦機接口并不玄幻，只是技術鏈比較長。”

首先，將傳感器植入對應的腦區(qū)中，為使采集到的信息達到一定精度，傳感器數(shù)量可以達到成千上萬個;在采集到神經(jīng)信號后，由連接著的芯片和電路進行預處理，放大神經(jīng)電信號并處理掉干擾信息，轉化為數(shù)字電信號;接下來，分析采集到的信息，進行解碼;然后通過再編碼，形成效應器控制指令，比如控制機械臂給自己端一杯咖啡，或實現(xiàn)意念打字;此時感知到的執(zhí)行信息再反饋給大腦，用來確定后續(xù)的任務。

“這其中涉及到從腦到機和從機到腦兩個過程，難點包括判斷哪個腦區(qū)負責哪些信息、如何讓成千上萬個傳感器同時工作、如何讓植入對大腦的損傷盡可能小，反饋給大腦的信息如何盡量還原為真實感知等。”李驍健告訴記者。

“超級大腦”或許可行

事實上，最近的腦機接口界可謂十分熱鬧。

今年4月，馬斯克的Neuralink公司在猴腦中植入腦機接口，讓其意念玩電子游戲。5月，頂級期刊《科學》刊登了斯坦福大學的最新成果，大腦中植入了腦機接口的癱瘓患者，實現(xiàn)了意念寫字。

“這兩項成果都是典型的應用示范，”李驍健說，“在相關技術達到一定積累的時候，科學家們開始尋找具體的應用，在這個過程中讓技術進一步完善。”

比如在斯坦福大學的實驗中，科研人員遇到一個難題：患者的手已經(jīng)癱瘓十多年，他的大腦還“記得”用筆寫字這一神經(jīng)活動嗎?最終，團隊通過一種被稱為數(shù)據(jù)增強的方法，在神經(jīng)活動模式中引入人為變化來拓展訓練數(shù)據(jù)，最終模仿人類大腦中產(chǎn)生的自然變化。

在斯坦福大學的實驗中，患者脊髓中控制運動的神經(jīng)元壞死，科學家通過讀取寫字這種運動在腦內(nèi)的神經(jīng)信息，重現(xiàn)了用手寫字的活動。類似的，如果負責某些運動的神經(jīng)元壞死，也可以訓練附近的神經(jīng)元來代替，而腦機接口是重要工具。

“如果‘腦洞’再大一些，人們可以通過腦機接口，訓練塑造出此前從未出現(xiàn)過的腦神經(jīng)網(wǎng)絡，可能形成‘超級大腦’。這會是神經(jīng)工程的變革性技術。”李驍健說。

值得一提的是，對于Neuralink公司提出的腦機接口可實現(xiàn)記憶的下載和上傳，業(yè)界先驅米格爾·尼克萊斯利曾在騰訊WE大會上表示，“過于玄幻，‘數(shù)字永生’也并不存在。”

深圳技術優(yōu)勢顯現(xiàn)

雙光子顯微鏡、神經(jīng)擬態(tài)的柔性電極陣列、光驅動神經(jīng)遙控技術……李驍健主持和參與研發(fā)的新技術、新設備著實不少。他表示，這些都是為研究和發(fā)展腦機接口技術開發(fā)的工具。

“腦機接口的產(chǎn)業(yè)鏈較長，其中又涉及生物學、神經(jīng)學、材料學、計算機、電子工程等多門學科，有效的工具必不可少。”李驍健說。他特別提到在深圳從事這一研究的優(yōu)勢：深港的腦科學領域在國內(nèi)較為先進，而深圳的智能制造業(yè)發(fā)達。團隊自己設計的零件和樣機，大都在深圳可以找到訂制廠家。上午送去樣圖，一兩天就能拿到實物，這在別的地方是做不到的。

盡管團隊已打通全技術鏈，甚至做出了和Neuralink系統(tǒng)帶寬同級別的腦機接口裝置，但李驍健也承認目前的一些關鍵技術與國際水平相比，還有一定差距。比如Neuralink的高密度傳感器只有頭發(fā)絲的1/4，定制的神經(jīng)芯片比人的指甲還小很多。“我們目前也在朝設備微型化的方向努力，只有設備越來越小，直至看不出來，腦機接口才有大規(guī)模應用的可能。”李驍健說。

談及具體落地應用，他認為有三個主要方向。第一是神經(jīng)疾病治療和神經(jīng)系統(tǒng)替代，比如癱瘓患者的“腦控假肢”，甚至脫離外掛機械，實現(xiàn)自主神經(jīng)修復。第二是神經(jīng)調(diào)控，用于干預某些精神類疾病可能引發(fā)的危險行為。事實上，人腦的決策往往比實際行動要快幾秒鐘，而腦機接口可以在獲取神經(jīng)系統(tǒng)的危險決策后，在人付諸行動前將其阻止，當然其中涉及到倫理安全問題。第三是跨越感官進行交流，這是人類較高層次的對信息的訴求。馬斯克在初建Neuralink時也提到，人類需要突破主要依賴眼睛和嘴巴收發(fā)信息的瓶頸，以更高效的形式，生活在未來的信息世界中。