侵入式腦機技術是什么?腦機技術在國內的發(fā)展前景?人工智能在腦機接口企業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著怎樣的作用?未來腦機接口技術將如何影響社會和各個行業(yè)?“意念控制”離我們還遠嗎?
跨界對談!任澤平博士與BrainCo(強腦科技)創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官：韓璧丞先生，深入探討人工智能和腦與認知領域的交匯點，宏觀洞察結合企業(yè)實踐，尋找人工智能+腦機接口的無限可能。
01 腦機接口是什么?
任澤平：首先請您給我們科普一下，腦機接口是什么?
韓璧丞：腦機接口的字面意思非常簡單，就是通過機器結合算法，將人的大腦、神經(jīng)意識與外界設備進行直接連接。
腦機接口主要分成兩大類：第一大類是侵入式，需要將頭骨打開，把電極插在人的大腦里面或表面;另一大類是非侵入式，在不開顱的情況下，在大腦表面采集大腦深度發(fā)出來的神經(jīng)信息，比如腦電信息，然后通過這些信息去解讀大腦里面的想法以及對外進行操控。比如現(xiàn)在我們想去握拳、抓取東西，都是由大腦里面發(fā)出信號通過周邊神經(jīng)去控制肌肉。通過腦機接口方法直接解讀意識就是腦機接口技術的核心，重點就在于信息的采集。
任澤平：我們可以通過軟件或者硬件讀取大腦的神經(jīng)信息來做一些事情，比如通過讀取殘障人士的腦電波可以幫助其握住東西、行走，這是什么原理?
韓璧丞：我們團隊做的第一個產(chǎn)品就是“手”。我們當時創(chuàng)立這家公司時關注到的第一類人群就是肢體殘疾的人群。中國殘聯(lián)官網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示中國有2400多萬肢體殘疾的人，手腳全部喪失的人有300多萬。這部分人群大多數(shù)都只能待在家里。我們當時就想通過腦機接口技術來幫他們做一個全新的、可以用人的神經(jīng)意識去直接控制的“手”。
但是這里面臨很多非常復雜的問題。比如手是非常靈敏和復雜的器官。又比如如何去解析這個人大腦的神經(jīng)?其實在讓手動起來時，大腦并不會想什么，或者說我們感知不到大腦在想什么，但是我們的技術必須要去檢測到一個沒有手的殘疾人的大腦里這樣一閃而過、非常微弱的信號，然后去控制機械手完成動作。而且有可能是一邊動手一邊在跟人溝通。我們的技術就必須要把非常微弱的信號給分離出來。
任澤平：能非常準確地分離出來嗎?
韓璧丞：這是腦機接口里面極其難的一個技術。其實在殘疾人的殘臂上還有大量殘留的神經(jīng)信號，給殘疾人裝智能假手的思路就是通過解析手臂殘斷的神經(jīng)信號倒推大腦在想什么。當機器通過傳感器和人的神經(jīng)融合在一起的時候，相當于給了殘疾人一個接口，他可以通過這個接口去不斷升級自己的能力。
任澤平：裝上智能假手后殘疾人能夠實現(xiàn)基本的生活自理嗎?
韓璧丞：安裝完上肢的人基本上可以恢復生活中絕大多數(shù)的操作。目前美國的商業(yè)保險相對來說更成熟，絕大多數(shù)殘疾人每四年可以免費領一個智能假肢。智能假肢非常昂貴，大概幾十萬人民幣，可能還沒有我們基于腦機接口技術的產(chǎn)品性能好。我們也在思考，有什么辦法能讓中國300萬沒有手和腳的人都能安裝上這種高性能的智能假肢。如果能實現(xiàn)，就相當于創(chuàng)造了300多萬個新生就業(yè)。美國絕大部分的商業(yè)保險都覆蓋了假肢。這些險種主要是來自于民間的商業(yè)公司。商業(yè)性質的公司愿意幫助殘疾人安裝假肢，一定是有所收益的。所以我覺得在中國，未來趨勢一定是利用商業(yè)保險或者其他方式，去幫助這些殘疾人安裝高性能假肢。
回到剛剛的問題，裝上智能假手能夠實現(xiàn)基本的生活自理嗎?我們整個公司以研發(fā)為主，團隊人數(shù)其實并不多，現(xiàn)在有七個失去上肢或下肢的殘疾人同事。這些同事帶上我們的假肢之后可以做編程、產(chǎn)品設計，跟正常員工一樣。所以我們公司就是個樣版，證明這些殘疾人裝上了神經(jīng)控制的假肢后，可以像正常人一樣去生活，這也是現(xiàn)在腦機接口大爆發(fā)的一個重要體現(xiàn)。
02 非侵入VS侵入式
韓璧丞：腦機接口現(xiàn)在已經(jīng)有將近100多年的歷史，最早是1924年德國的漢斯·貝格爾醫(yī)生發(fā)起，到現(xiàn)在埃隆·馬斯克的公司Neuralink也全力在做腦機接口，引起很多人關注。
任澤平：Neuralink和BrainCo有什么不同?
韓璧丞：Neuralink是在加州，BrainCo最早是在波士頓，它們其實代表了美國兩邊的技術路線。東岸的很多學校，像哈佛大學、MIT、卡內基梅隆等實驗室是專注于非侵入式腦機接口的。我們相信不用開顱也能解決腦機接口的問題，但是需要在傳感器和算法上做非常大的突破，以及要對神經(jīng)科學有非常深厚的理解。美國西部的很多實驗室和學校，像斯坦福，是偏向于侵入式的。非侵入式的這類企業(yè)，它們的技術路線在于如何把采集的數(shù)據(jù)變得更加準確。侵入式這類公司的技術路線在于如何把開顱手術做的安全。
任澤平：非侵入式的優(yōu)點非常明顯，不用做開顱手術，但它的準確性能不能趕上侵入式?
韓璧丞：侵入式是把頭顱打開，把電極插進去，采集信號的精準度比非侵入式強無數(shù)倍，但是能采集的信息量是很有限的，因為一般只能打開一個“洞”。非侵入式，第一可以在全腦進行數(shù)據(jù)采集。第二，可以實現(xiàn)大規(guī)模人數(shù)的采集，然后通過這些數(shù)據(jù)去找到個性和共性，更好地去拆解里面的信息。
無論是侵入式還是非侵入式，他們所想解決的問題是類似的。解讀大腦里面的信息，同時根據(jù)這些信息去干預大腦，解決一些腦疾病。但是在真實世界，他們所解決的問題是不一樣的。比如說侵入式，像馬斯克這家公司宣布要先解決兩類人群的問題，第一類是失明的人，他們現(xiàn)在努力地去做視覺重建。開顱手術對于失明的人來說，一定是個很好的選擇。另一類，全身重度癱瘓的人，通過侵入式腦機接口技術，繞過中間的神經(jīng)連接直接控制四肢，實現(xiàn)重新行走。此外侵入式對于帕金森、ALS漸凍癥、癲癇等等這類較為重度的病癥是有直接幫助的。但是對于更廣泛的，比如睡眠問題、老年癡呆、自閉癥、多動癥、抑郁癥以及智力殘疾的這部分人群，非侵入式就是更好的選擇。
任澤平：植物人可以用嗎?
韓璧丞：植物人是一類統(tǒng)稱，比如說像ALS漸凍癥患者，實際上絕大部分已經(jīng)不能動了，但是他大腦里面還有一些信息。我們就可以從中提取信息，讓他對外發(fā)出指令。以前我們在研究里面也做過類似的實驗，通過非侵入式的電極帽，當別人跟病人說話的時候，他可以發(fā)出是或不是的一個反饋。
任澤平：韓博，聽說您的研發(fā)可以改善失眠問題，能不能給我們介紹介紹?
韓璧丞：我們在過去9年里主要在做兩件事情，第一件事情就是把腦機接口的這個信號采集和信號分析平臺給做好，相當于做了一個超高精度的傳感器。這相當于把人實時的狀態(tài)和干預的手段結合在一起。我們可以把這個設備想象成一個哄睡師，根據(jù)你的狀態(tài)給出干預，讓人能夠更好地睡著。但是我們做這個產(chǎn)品時，也發(fā)現(xiàn)了一個很復雜的問題。失眠的原因有太多種了，總結出來可能都有八九十種。比如說明天要開會緊張失眠，或者跟女朋友吵架了失眠，我們的技術對這種事件性的情況就比較難以干預。
任澤平：長期失眠一般都是什么原因導致的?
韓璧丞：我們可以把大腦想象成是一個一直在工作的機器。如果從腦電檢測來看，高頻波多的時候就證明大腦在非常活躍的狀態(tài)。低頻波多的時候，大腦就處于一個放松的類似于快進入睡眠的狀態(tài)。如果一個人在裝睡，一個人在真睡，通過腦電檢測是一定能判斷出來的。
任澤平：說真話和說假話的腦波是不是也不一樣?
韓璧丞：如果設備采集的精準度足夠高、數(shù)據(jù)量足夠大的話，它是一定能判斷出來的。因為針對人的情緒反應和心理反應，腦電是非常精準和微弱的信號，信息量超級大。
腦機接口的未來為什么充滿想象?是因為它可以把整個大腦的黑箱給打開。日本有實驗室做了一個實驗，通過功能性核磁共振掃描大腦，讓一個人看或想一個圖片，直接掃描大腦，就可以在屏幕上顯示出想的內容，這就讓人的大腦變得透明了。腦機接口這項技術之所以引起很多人關注，就是因為它在不斷把大腦的能力給釋放出來，把里面的信息打開。
任澤平：怎么通過腦機接口的技術讓一個有長期失眠困擾的人有更好的睡眠?
韓璧丞：首先就是判斷他現(xiàn)在處于一個什么樣的狀態(tài)。當處于腦波下行的狀態(tài)的時候，就給他一個CES經(jīng)顱電的干預。我們可以把它想象成是一個非常微弱的電信號去干預大腦。然后大腦就會產(chǎn)生內源性的褪黑素，并且會降低皮質醇，慢慢進入到平靜的狀態(tài)。
其實睡眠在動物界看起來不是一個好的事情。因為在睡覺的過程當中容易受到襲擊，同時也在消耗能量。但是所有的動物都需要睡眠，因為在睡眠里面有非常復雜的自我修復機制。在進化的過程當中，這種機制讓睡眠的動物留存了下來。
03 人工智能+腦機接口
任澤平：腦機接口和人工智能有什么關聯(lián)?或者有什么可以相互交融的地方?
打個比方，其實很多人追求長壽。前一段時間有位企業(yè)家剛給母校捐了六個億。這位企業(yè)家是做生物技術的。他說長壽的秘訣一半以上在菌群。所以他就一直研究人類的腸道益生菌。也有人說腦機接口實現(xiàn)后，未來人的身體就全部可以不要了，只把大腦留下來。有沒有可能通過腦機接口實現(xiàn)人類的永生?
韓璧丞：我們來腦洞大開地講講這個領域。目前確實有一個學派在研究如何讓人永生，理論基礎也比較簡單，就是保存人的身體和保存大腦哪個更容易。大腦只有三磅重，保存大腦顯然是更容易的。那么第二個問題就是，感知是什么?我們怎么感知這個世界?其實人是有五種感知的，形、聲、聞、味、觸。未來如果保存大腦，并且讓它生成這五種感知，它就有可能會讓我們感覺到依舊像現(xiàn)在一樣生活。最開始這其實是一個哲學問題，是十九世紀七十年代出現(xiàn)的假想“缸中之腦”。但是它現(xiàn)在慢慢成為了一個技術問題，如何通過技術來去實現(xiàn)，這里面就有一個很復雜的問題，記憶是否可以被移植或者被保存?
南加大教授西奧多·伯格之前做了一個非常有趣的實驗。他想證明人或者哺乳動物的記憶到底有沒有可能從一個動物移到另一個動物的身體里。所以他布置了一個籠子，左邊和右邊都有食物。把老鼠放在籠子里面，每次去左邊覓食的時候就電它一下，慢慢地老鼠就只去右邊吃東西。他在老鼠的大腦里面裝入了一個芯片去記錄整個大腦活動的狀態(tài)，后來這個芯片被移植到了另一個完全沒有到過籠子的老鼠的大腦里面。結果這只老鼠第一次進入這個籠子就知道不要碰左邊，要到右邊。如果可以移植一個如此復雜的關聯(lián)記憶，那么是否可以把所有的感知、認知和歷史全部都移植到另一個組織里面?如果實現(xiàn)了，那么很有可能未來人類就會達到永生的狀態(tài)。當然實話實說，這離現(xiàn)在非常遙遠，但起碼已經(jīng)證明了第一步。
任澤平：我聽說BrainCo也在研發(fā)解決孩子自閉癥的問題。您能不能給我們講講?
韓璧丞：自閉癥，也叫孤獨癥，是個很復雜的問題。大部分是來自于遺傳以及早期的家庭環(huán)境。它其實大概有十幾種不同的癥狀。但是最主要的一個問題是社交性功能異常。醫(yī)生通常會做一個實驗來診斷孩子有沒有自閉癥。當我們在手上畫圈時，一般的小孩會看人畫圈，或者觀察這人在干嘛。但自閉癥小孩發(fā)現(xiàn)你在做大幅度的動作，會把眼睛躲開，不愿意跟你交流。而且為什么人能掌握語言?靠模仿。但是自閉癥的孩子不會去模仿。
在學術界就有一種研究，大家是怎么去模仿別人的?比如在會議室里，突然有一個人打了一個哈欠，其他人也會跟著不自覺打哈欠。哈欠到底是怎么傳染的?學術上還是在探索的過程中。但是現(xiàn)在有一個解釋是，人其實有一個叫鏡像神經(jīng)元的系統(tǒng)，會在潛意識里面去模仿其他人的動作，以便快速融入群體。但是自閉癥孩子的這部分鏡像神經(jīng)元功能就不強。哈佛大學有很多教授在做這類的研究，也做了大量的臨床實驗。我們把它變成了真實世界的一個產(chǎn)品，通過調控自閉癥孩子大腦里面的腦波，讓孩子有更好的社交和語言能力。當然我們必須要承認自閉癥其實是難以治療的，我也不覺得我們的產(chǎn)品可以根治自閉癥，目前是作為一個輔助療法。但是希望在未來，我們能夠讓自閉癥人群有更好的語言能力和社交意愿，能讓這群孩子像正常孩子一樣去生活。這是我們現(xiàn)在正努力的方向。但是說實話，它非常難，因為腦疾病是極難攻克的，這是需要不斷去投入去解題的一個過程。
任澤平：人工智能跟腦機接口之間有什么關聯(lián)嗎?
韓璧丞：兩個方向看，第一，現(xiàn)在大部分前沿的人工智能理論其實都受到了人腦神經(jīng)結構和傳輸理論的影響?，F(xiàn)在很多類腦芯片的運算過程都受到了大腦連接方式的啟發(fā)。人的大腦無比復雜，有八百六十億到上千億個神經(jīng)元。這些神經(jīng)元在不斷的連接、傳遞信息，進化中間的節(jié)點。它高效的方式其實啟發(fā)了人工智能的進程?，F(xiàn)在其實很多做AI的頂級公司CEO或者負責人，之前都學過神經(jīng)科學。比如DeepMind的創(chuàng)始人，他之前也是一位神經(jīng)科學家。
另一方面，AI對于做腦機接口的團隊來講是絕好的工具。比如以前做假肢只能做模式識別，相當于通過很簡單的計算區(qū)分每類信號代表什么，這樣就達不到非常絲滑控制手部動作的需求。但現(xiàn)在做智能假肢最核心的就是通過深度學習讓假肢原有的神經(jīng)控制進行耦合，讓它能夠像自己的手一樣。
AI技術在這里面也解決了非常復雜的問題。失去手的原因大概有一百二十多種，燒傷、疾病、車禍、炸傷等，不同情況所殘留的殘肢和神經(jīng)信號是完全不同的。對抗如此復雜的情形只能讓AI的工具慢慢去適應手，去做生活中的所有的場景。AI技術的成熟推動了腦機接口爆發(fā)式增長。
我2011年在科研機構里面工作的時候，有一位非常有名的科學家叫Linda B. Buck，她是2004年諾貝爾獎的得主。她研究的課題是動物或人到底怎么產(chǎn)生嗅覺?為什么能聞到味道?她發(fā)現(xiàn)人的鼻子里面大概有1000多個神經(jīng)受體，這些神經(jīng)受體聞到花的味道或不同的味道會起反應，然后再傳成電信號傳到大腦。她把原理搞清楚之后就相當于解出題了。
當時基金會給她寫了一段話，“在春天聞到了丁香花的香味，到了秋天，大腦想起丁香花的時候依然能記得味道。”因為雖然沒有神經(jīng)受體能夠感受到，但大腦里依舊可以形成信號。有些理論說在大腦通過1000個受體能產(chǎn)生1萬個不同的氣味組合。如果在未來，通過AI算法大腦會產(chǎn)生100萬個氣味的組合，那么不需要聞什么東西，就能刺激干預。
任澤平：如果我們的嗅覺、味覺都可以操控，那就很厲害了，很容易提高人的幸福指數(shù)。
韓璧丞：您這點說的非常對，如果味覺、嗅覺可以被編輯的話，其他的感官都可以被編輯。
舉個例子，馬斯克說話喜歡只說一半。他最早發(fā)布Neuralink的時候，在一頭豬上面開了兩個“腦洞”。但這是有問題的。因為大腦是需要很多地方來協(xié)同工作的，所以在未來需要開很多的腦洞，才能夠實現(xiàn)更多東西。他最近又宣布腦機接口公司要做視覺的解決方案，讓失明的人重新看見。但是他同樣話只說了一半，因為如果失明的人裝上了傳感器并植入大腦，那么他不僅僅能重新看見，還可以變成超人，能看見原本看不見的東西，比如紫外線、紅外線等不同波段的光線。如果在他的聽覺里面裝超級傳感器，那人真的可以成為千里眼、順風耳了。在過去一百年的神經(jīng)科學這些實驗里面，大家逐漸達成了共識，就是腦機接口一定分成兩個階段。第一階段，解決一些人的病痛問題;第二階段，讓人有更強的能力。
04 未來，擁抱腦機技術
任澤平：受益頗深，那您再給我們講講，未來腦機接口將怎么影響社會的各行各業(yè)，包括每個人?
韓璧丞：腦機接口會開啟生命更多的可能性。未來改變的第一類人就是有各種各樣神經(jīng)類或者神經(jīng)相關問題的人。到目前為止，所有醫(yī)療的花銷里面，其中有30%左右是跟人大腦和神經(jīng)相關的。比如現(xiàn)在80歲以上的人大概有40%有不同程度的阿爾茲海默癥，這隨著人口老齡化將是個極大的社會問題。以前這個問題沒有很尖銳是因為人的平均壽命沒有到80歲以上。
而目前對阿爾茲海默癥的很多藥物干預都沒有什么好的效果。很多神經(jīng)科學家，特別是MIT的，他們在做一種解決方案，就是通過40Hz的光閃去干預大腦。臨床表現(xiàn)上，大腦里面老年癡呆的標記物在急劇減少。這就可能是影響每個家庭非常重要的良方。
現(xiàn)在睡眠也困擾了很多人，解決睡眠問題的第一階段一定是解決有精神壓力和問題的這部分人群;第二階段就是人類對于自身的探索。腦機接口可以讓大腦的能力增強。比如剛才提到的功能性核磁共振，可以讓大腦對外表達的通路變得更多?，F(xiàn)在人在1分鐘最快只能說250個字，但如果有腦機接口，人可能1分鐘可以表達一兩千個字。當然這也會面臨很多的倫理問題。
任澤平：是的，第一個是治理失眠，有一半人有不同程度的睡眠障礙，會帶來抑郁、工作效率低下、幸福指數(shù)不高等問題;第二個是有很多殘障人士，通過腦機接口安裝智能的假肢，可以大幅地提高他生活的質量;第三個剛才您講的，自閉癥也是很大的應用領域。
那么哪些產(chǎn)品已經(jīng)開始接近大規(guī)模、社會化的商業(yè)應用了?哪些可能還是在遠期的研究、實驗室的階段?
韓璧丞：BrainCo強腦科技在這個領域也算是年頭最久的幾家公司之一了，目前我們現(xiàn)在觀察到的，第一，比如肢體殘疾的人，現(xiàn)在的產(chǎn)品解決方案已經(jīng)非常成熟了。
第二，睡眠產(chǎn)品現(xiàn)在能滿足一部分人的需求。比如四億人當中可能存在九十多種不同程度的睡眠問題，有幾大類問題是能解決的，雖然現(xiàn)在還不能解決所有人的問題，但隨著產(chǎn)品不斷迭代，我相信以后慢慢都能解決掉。
第三，自閉癥的產(chǎn)品?，F(xiàn)在美國每36個新生兒里面就有1個孩子有不同程度的自閉癥問題，這是很大的一類人群?，F(xiàn)在我們的自閉癥產(chǎn)品也做了幾組臨床試驗，目前在語言功能和社交能力的改善上都有一些效果。但是搞科研特別像研發(fā)一種解決方案，我們也希望能夠長久去解決問題，影響更多的人群。
任澤平：今天看到很多人給韓博士加油，大家都覺得這個領域的研究人員很了不起，這也是我想說的。我們的社會和國家特別需要身在前沿科技的人。勇敢的挑戰(zhàn)者們追逐夢想，造福人類。祝福大家!
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