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打開(kāi)人類(lèi)的頭顱，植入電子芯片，讀取腦電波，獲取海量知識，這種科幻電影中的橋段正在逼近現實(shí)。8月29日，知名電動(dòng)汽車(chē)公司特斯拉的創(chuàng )始人埃隆·馬斯克旗下的腦機接口初創(chuàng )公司Neuralink，演示了最新一代侵入式腦機接口設備(Brain-Computer Interface，BCI)，并展示了大腦被植入了該腦機接口的三只小豬。

馬斯克發(fā)展腦機接口的初衷是希望用機器來(lái)提高人腦智力，從而與人工智能機器人抗衡。裝進(jìn)大腦的智能設備，似乎跟智能穿戴設備沒(méi)什么區別，只是它可以清晰讀取大腦的信號。有人說(shuō)，這就像是一個(gè)“潘多拉魔盒”，一旦打開(kāi)，其潛力幾乎是無(wú)限的，人類(lèi)的發(fā)展也會(huì )迎來(lái)重大的改變。

天津腦科學(xué)中心主任助理、天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊許敏鵬副教授表示，這次發(fā)布的腦機接口設備，主要的突破是對采集電極陣列進(jìn)行了高度集成，并將數據由有線(xiàn)改為無(wú)線(xiàn)傳輸，支持無(wú)線(xiàn)感應充電，有助于腦機接口設備的微型化、便攜化發(fā)展。不過(guò)，BCI技術(shù)距離大規模商業(yè)化應用還有一定距離，此外，其對人體健康的影響以及數據安全等問(wèn)題也不容忽視。

高度集成采集電極陣列，設備微型化

據報道，Neuralink演示的這款BCI比硬幣還小。通過(guò)全自動(dòng)化設備可在30分鐘內完成大腦植入手術(shù)，無(wú)需全身麻醉，當天就能出院，而且手術(shù)是可逆的。BCI可實(shí)現神經(jīng)信息的上傳、儲存、下載甚至修改，把意念轉化為可被計算機識別的數據信號。

“從近幾次的發(fā)布會(huì )來(lái)看， Neuralink團隊目前的工作集中在腦電信號的采集方式上。”許敏鵬認為，對于這次發(fā)布的BCI設備，主要突破是對采集電極陣列進(jìn)行了高度集成，即將1024個(gè)通道集成排布到只有硬幣大小的“貼片”上。除此之外，Neuralink也將數據由有線(xiàn)改為無(wú)線(xiàn)傳輸，并支持無(wú)線(xiàn)感應充電，這對BCI設備的微型化，便攜化發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。

“設備的微型化、便攜化一直是數字革命的一大發(fā)展方向。”許敏鵬舉例說(shuō)，以最熟悉的電腦和手機為例，1946年世界第一臺計算機誕生時(shí)占地170平方米，重達30噸，但隨著(zhù)工程技術(shù)的發(fā)展，我們現在的筆記本可以輕至1千克，且運算速度遠高于第一臺計算機，這也才有了我們在車(chē)站、高鐵上的移動(dòng)辦公;手機也從最初的“大哥大”發(fā)展為極其輕便的智能手機，甚至在一定程度上可以代替電腦，為我們的生活帶來(lái)了極大的便利。

BCI從第一次提出至今，設備在性能、體積、重量上也有了非常大的改進(jìn)，這種微型化的發(fā)展為智能穿戴BCI提供了重要的技術(shù)支撐。“也許在未來(lái)BCI設備就像智能手環(huán)一樣方便，我們只需想一想，它就能識別我們的想法，完成一系列的操作。”許敏鵬說(shuō)。

目前天津大學(xué)團隊也在集中攻關(guān)BCI設備，期待未來(lái)3—5年內可以提供大規模商用的解決方案。

倫理上存在爭議，保護信息安全是關(guān)鍵

對BCI技術(shù)的應用，一直有反對意見(jiàn)。如360創(chuàng )始人周鴻祎就認為，人類(lèi)可以允許BCI技術(shù)在臨床醫學(xué)上用來(lái)治療和幫助一些殘障人士、精神疾病患者等，但應該嚴格限制BCI技術(shù)的使用范圍。因為當每個(gè)人都變成“數字人”以后，數據保護將面臨巨大挑戰。

對此，許敏鵬表示，現有BCI的信號采集技術(shù)，讀取的還是用戶(hù)在特定時(shí)間內執行特定任務(wù)時(shí)的腦電波，即需要用戶(hù)接受和遵循相應的交互協(xié)議，如根據協(xié)議要求，執行想象自己左手握拳的任務(wù)，否則所采集到的是交互協(xié)議外的意念信息，這種自由意圖信息目前是無(wú)法解碼的，因此尚不存在利用BCI竊取協(xié)議外個(gè)人隱私信息的問(wèn)題。

“不過(guò)，科學(xué)和工程的發(fā)展常常帶來(lái)重要的倫理問(wèn)題。”許敏鵬說(shuō)，一方面，BCI相關(guān)的神經(jīng)技術(shù)風(fēng)險是未知的、不可控的，例如腦深部電刺激、侵入性微電極陣列等，它們可能會(huì )引起不可預料的大腦重塑、組織反應或感染的風(fēng)險等，這方面目前尚未有系統和全面的研究。

另一方面，BCI采集的信息中含有用戶(hù)的個(gè)體信息，這會(huì )涉及到隱私安全問(wèn)題。因此要求研究人員在設計上把風(fēng)險減至最低程度，以避免出現信息泄露、黑客攻擊等問(wèn)題。同時(shí)建立健全相應的體制和監管政策，使一切信息采集活動(dòng)都有跡可循，切實(shí)保護用戶(hù)隱私。

醫療領(lǐng)域前景廣闊，但數字永生還很遙遠

目前BCI技術(shù)可分為侵入性和非侵入性，侵入性BCI技術(shù)需要通過(guò)外科手術(shù)將信號檢測電極植入大腦皮層。

“馬斯克最新發(fā)布的‘LINK V0.9’作為侵入性BCI技術(shù)，具有較高的信噪比和良好的時(shí)間、空間分辨率。但難點(diǎn)是研發(fā)具有高靈敏度和高穩定性的電極陣列，以記錄目標神經(jīng)元群的信號，同時(shí)最小化環(huán)境干擾。電極材料、結構等的選擇與設計，長(cháng)期記錄電極性能的評價(jià)，植入點(diǎn)周?chē)h(huán)境的變化等方面也是影響侵入性BCI研究的難題。”許敏鵬認為，長(cháng)期植入人體的健康安全風(fēng)險也不容忽視，這或將成為其最大挑戰。

而非侵入性BCI安全性高，適用人群更加廣泛。但由于大腦皮層活動(dòng)產(chǎn)生的神經(jīng)電信號穿過(guò)顱骨等組織層后，信號質(zhì)量大大削弱，并損失了大量有關(guān)大腦皮層神經(jīng)電活動(dòng)信號源的時(shí)空分布信息，所以非侵入BCI的一個(gè)重大難點(diǎn)是要從噪聲大、混疊嚴重的腦電信號中提取并識別微弱的目標腦電特征，這需要從感知機制到軟硬件協(xié)同創(chuàng )新予以克服。

馬斯克在發(fā)布會(huì )中表示，未來(lái)人們可直接用意念就能與別人進(jìn)行交流，還可以用意念召喚甚至駕駛一輛特斯拉。

“腦控汽車(chē)只是BCI眾多應用場(chǎng)景的一個(gè)縮影，目前BCI技術(shù)在醫療健康方面顯示出了巨大的應用潛力，也在部分疾病的康復和改善方面形成了較好的效果。”許敏鵬舉例，比如目前已經(jīng)商業(yè)化的人工耳蝸，它能代替人的耳蝸把聲音信息轉變?yōu)殡娦盘枺缓笾苯哟碳ぢ?tīng)神經(jīng)纖維，從而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)，為重度耳聾、極重度耳聾或全聾患者提供了恢復聽(tīng)力的可能。

此外，視網(wǎng)膜神經(jīng)假體技術(shù)通過(guò)在視網(wǎng)膜附近植入電極陣列來(lái)刺激神經(jīng)細胞，以治療因視網(wǎng)膜光感受器退化變性引起的失明癥，目前在美國、德國等一些醫院已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的臨床試驗。在腦卒中康復方面，BCI技術(shù)也有較大的應用空間。比如天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊研發(fā)的“神工”系列人工神經(jīng)康復機器人，將BCI與神經(jīng)電刺激技術(shù)結合，為腦卒中患者提供了主動(dòng)性的康復訓練，顯著(zhù)改善了卒中患者的生活質(zhì)量。

“BCI技術(shù)還引發(fā)了人們對數字永生的暢想。人們希望將思想與記憶上傳云端，使意念像在線(xiàn)的幽靈一樣，在數字空間中實(shí)現永生。”許敏鵬表示，雖然BCI在神經(jīng)信號的讀取、寫(xiě)入等方面都顯示了巨大潛力，但目前BCI研究仍然處于較初級的階段，對眾多的腦機理，如：記憶是如何存儲的等問(wèn)題依然知之甚少，所以距離用BCI技術(shù)實(shí)現數字永生仍很遙遠。(陳曦)