【環(huán)球時報報道 記者 樊慰清華大學近日發(fā)布消息，該校醫(yī)學院科研團隊于1月底召開無線微創(chuàng)植入腦機接口（以下簡稱NEO）臨床試驗階段總結會，宣布該團隊與北京宣武醫(yī)院科研團隊于2023年10月開展的全球首次NEO試驗取得成功。此次官宣正值馬斯克宣布旗下公司完成全球首例腦機接口設備人體移植之際，中美科研團隊接連取得重大突破引發(fā)外界強烈關注。中方團隊腦機接口技術路徑與美方有何不同？相關技術何時能得到成熟應用？清華團隊相關技術負責人近日在接受《環(huán)球時報》記者采訪時描繪了現(xiàn)實，也展望了遠景。
“在安全性和性能間尋求平衡”
“我們的NEO技術突破并不是短時間內突然實現(xiàn)的，我們?yōu)榇艘呀?jīng)奮斗了十余年，走了很長的路才完成從科學想法到工程實現(xiàn)，最終步入臨床試驗的過程。”帶領團隊開展該項研究的清華大學醫(yī)學院教授洪波近日在接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示，準確來說，其團隊開展的是全球首例無線微創(chuàng)腦機接口試驗，這與美國科研團隊此前開展的打開硬腦膜全植入式的腦機接口試驗不同，中方團隊技術路徑的關鍵在于微創(chuàng)。
無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO系統(tǒng)及其體內機的設計合成圖（清華大學供圖）
目前，腦機接口技術按照其是否需要侵入大腦以及侵入的程度分為非侵入式、侵入式、半侵入式三類。洪波借用“屋子”來闡釋這些技術路徑的不同：假設人類的大腦是一間屋子，屋中坐了幾十個人，每個人都相當于一個腦細胞，全侵入式方案就相當于在每個人面前都放一個麥克風，此時信號采集的效果是最好的。馬斯克“神經(jīng)連接”公司采用的就是這種腦機方案，在硬腦膜內放入成百上千個電極采集腦細胞信號。而非侵入式的腦機技術相當于在屋外放一個麥克風，這時信號采集相對較弱，但安全性更高。而清華團隊采用的則是一種“折中”的半侵入式方案，將電極放在硬腦膜外面。“此時采集的信號介于屋內屋外兩者之間，有點像把麥克風貼在門邊。我們追求的是安全性和性能之間的一種平衡。”洪波稱。
美國“神經(jīng)連接”公司直播中展示的腦機設備植入步驟。該侵入式方案與清華團隊的微創(chuàng)方案有很大不同。
據(jù)了解，清華大學科研團隊的無線微創(chuàng)植入腦機接口技術，是將多個電極貼在顱骨內的硬腦膜上，這一區(qū)域雖然信號采集不如直接將電極插入腦細胞內，但它不會對腦細胞產(chǎn)生損傷。“一般人的顱骨厚度有6毫米到1厘米，兩側和后腦甚至更厚，這足夠嵌入電極和處理芯片。手術完成后，患者很快就可以回家，無線微創(chuàng)腦機技術更具長久性。”洪波表示。
從科學上講，侵入式腦機接口方案采集的信號量相較采用無線微創(chuàng)技術要強得多，但該技術的首要風險是感染。由于這種技術需要用一根插頭連接大腦和外部設備，因此會產(chǎn)生一個開放式的創(chuàng)口。
此外，當電極插進腦細胞，會引發(fā)膠質細胞的免疫反應。一段時間后，膠質細胞就會包裹電極，導致信號變差、系統(tǒng)難以順暢工作。創(chuàng)傷感染和電極結痂也是馬斯克“神經(jīng)連接”公司腦機方案所面臨的兩大難題。
將拓展更多應用場景
據(jù)首都醫(yī)科大學北京宣武醫(yī)院介紹，全球首例接受NEO植入腦內的患者是一位因車禍引起的頸椎處脊髓完全性損傷的男性，該患者此前長期處于四肢癱瘓狀態(tài)。在完成NEO臨床植入試驗后，該患者經(jīng)過3個月的居家康復訓練，目前可以通過腦電活動驅動氣動手套，實現(xiàn)自主喝水等腦控功能，抓握準確率超過90%。洪波認為，接下來的目標是爭取獲得國家三類植入醫(yī)療器械許可證，團隊正在準備大規(guī)模臨床試驗，樂觀估計經(jīng)過兩年左右時間，無線微創(chuàng)植入腦機接口技術可獲得上市許可，這就意味著這套腦機接口系統(tǒng)將成為一個成熟的產(chǎn)品，可以在全國得到應用。
一旦成熟應用，受益的將不僅僅是高位截癱患者，洪波介紹稱，這項技術對于下肢康復患者、脊髓損傷患者，甚至漸凍癥、抑郁癥、癲癇、阿爾茨海默病等疾病患者都有相應的應用場景。以漸凍癥患者為例，患者四肢的運動神經(jīng)元幾近凋亡，喪失了運動和感覺的能力，如果能將這套腦機接口連接到患者的大腦運動皮層，就可以控制電腦屏幕的光標。將來可以為漸凍癥患者制造腦控的鼠標和鍵盤，用腦機接口技術操縱電腦打字，幫助漸凍癥患者寫文章并和他人交流。
“包括這項技術未來是否可以用作語言解碼，我們都在開展更精準的研究，團隊有很多基礎科學的積累，在國家自然科學基金和科技部資助下，正試圖揭示人腦中如何編碼漢語的語音和語言。如果再向遠方展望，腦機接口技術不僅可以幫助殘疾患者，更重要的是，它有可能成為未來人類進化中的重要一步。人類的行為是一種智能，富有靈活性和創(chuàng)造力，而機器的行為更加精準高效，又是另外一種智能，兩者的融合將構建一個無限可能的未來。”洪波稱。
“數(shù)字永生”還有多遠？
除了在醫(yī)學領域具有廣闊應用前景外，腦機接口技術還被認為是一種具有顛覆性的前沿技術，馬斯克的“神經(jīng)連接”公司此前曾宣稱，腦機接口技術的遠景目標是連接人類意識與數(shù)字虛擬世界，甚至實現(xiàn)科幻電影中的數(shù)字永生。
縱然互聯(lián)網(wǎng)上對于腦機接口技術有許多想象，但洪波認為，立足現(xiàn)實，當下的腦機接口技術并不意味著能夠用數(shù)字技術讀取大腦中的信號并解讀出當中的信息，腦機接口技術距實現(xiàn)“讀腦”還有非常遠的距離。
北京郵電大學人工智能學院人機交互與認知工程實驗室主任劉偉也持相同看法。他在接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示，目前的腦機交互技術更多集中在將人的腦電信號轉化為機器可以理解的指令或動作，實現(xiàn)自動化的交互。這種技術可以被用于控制外部設備，如假肢、輪椅等，并在一些實驗中也可用于控制電腦游戲或機器人等。“當前腦機交互更像是自動化交互，而不是智能化交互。”
“大家對于科幻電影中所展現(xiàn)的一些前沿概念，都有著樂觀的展望，但我認為實現(xiàn)數(shù)字永生要經(jīng)歷三階段。第一階段就是用腦機接口技術幫助殘疾人以及一些特殊疾病患者，這也是我們當前所處的階段。第二階段是實現(xiàn)人腦智能和機器智能的融合交互。完成這兩個階段后，我們才有可能實現(xiàn)所謂的數(shù)字永生。”洪波表示，人類作為一個意識主體，形成意識的關鍵機制是什么，目前尚未揭示，數(shù)字永生相當于將人類大腦中所有神經(jīng)細胞及其連接的信息都復制到硅基計算系統(tǒng)中，用高維度的數(shù)理方程來定義一個“意識”主體。即便這一暢想可以實現(xiàn)，但實現(xiàn)過程中所面臨的科學問題仍然非常復雜。
“我們只有充分了解人類大腦工作的各種機理，才能夠在計算機人工智能和人類智能的接口之間實現(xiàn)更高的帶寬，我們如今的帶寬還不足以實現(xiàn)人機的智能融合。能否在近期讓這樣的科幻照進現(xiàn)實，我個人持悲觀態(tài)度，如果說腦機接口技術是一本100頁的書，現(xiàn)在可能才剛翻開第一頁，只有等翻到第九十頁時，我們對于意識產(chǎn)生機制或許才能得到一些答案。”洪波介紹稱，相關問題正在一步步解決中，當中有多個技術瓶頸需要突破，首先就是要對腦科學的研究實現(xiàn)突破，至少要清楚地知道，究竟需要多少個電極，將電極放在大腦中的哪些地方才可以實現(xiàn)結合。其次需要科研團隊進一步改進腦機接口系統(tǒng)的解碼算法，“比如語言解碼，如果想用腦機接口技術寫文章或寫小說，如何設計人類語言的解碼算法，這個語言大模型的機制還不一樣，這需要持續(xù)開展研究。下一步，我們可能會在后續(xù)臨床試驗中改進腦機接口解碼技術，我們希望能在今年上半年看到試驗結果。”
