中科院李驍?。耗X機(jī)接口是元宇宙的終極形式

5月17日消息，由搜狐主辦的2023搜狐科技峰會(huì)17日上午在北京開幕。峰會(huì)上午，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級(jí)工程師、微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健作了題為《腦機(jī)接口不再只是科幻故事》的演講。

李驍健認(rèn)為，腦機(jī)接口是醫(yī)療的第一需求，而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的方式是，在大腦里放置傳感器，監(jiān)聽神經(jīng)元的活動(dòng)。他認(rèn)為，這是一個(gè)腦控機(jī)器人時(shí)代，目前已經(jīng)出現(xiàn)了新型的Neuralink腦機(jī)接口系統(tǒng)，但是植入式醫(yī)療腦機(jī)接口設(shè)備的審批和監(jiān)管很嚴(yán)格。

以下為李驍健演講全文：

尊敬的各位來賓，線上各位朋友，大家好。我是研究高性能腦機(jī)接口和類腦工程的，2018年秋季回國，這幾年在一些劇場(chǎng)和網(wǎng)上做了一些腦機(jī)接口方面的科普演講。

在這段時(shí)間有很多朋友跟我聊得挺多電影里的一些科幻故事，科幻里很多提及腦機(jī)接口，但是腦機(jī)接口本身作為研究?jī)?nèi)容已經(jīng)有很多可以進(jìn)行真正落地現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)然還有很多科幻故事，大部分應(yīng)該主要介紹科幻的東西。

我們先分別了解一下哪些是科幻，哪些能力可以照進(jìn)現(xiàn)實(shí)?？苹秒娪啊栋⒎策_(dá)》，前幾年已經(jīng)上映，這里面介紹潘多拉上的地球人生活情況，這個(gè)士兵下身已經(jīng)癱瘓，只能坐在輪椅上，但是給他造了一個(gè)當(dāng)?shù)氐娜嗽烊?，通過進(jìn)入睡眠艙之后，進(jìn)入一段天旋地轉(zhuǎn)之中，意識(shí)導(dǎo)入人造人中，可以說這是一種意識(shí)替換。但是非常遺憾，這種情況是完全科幻的。

某些科幻片展示了在未來短期內(nèi)有可能變成現(xiàn)實(shí)的，比如另外一個(gè)科幻電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》，這是一個(gè)機(jī)械身體，但是大腦是她自己的，這是人腦和機(jī)械身體的組合，通過生物腦神經(jīng)與電子裝置銜接是可以實(shí)現(xiàn)這種我們認(rèn)為可能實(shí)現(xiàn)的腦機(jī)接口。

腦機(jī)接口主要是大腦與外界直接進(jìn)行信息通訊的方式，主要強(qiáng)調(diào)是一種跨物質(zhì)的通訊方式。我們?yōu)槭裁匆瞿X機(jī)接口，實(shí)際腦機(jī)接口很直接的需求來自于醫(yī)療界。比如，前段時(shí)間去世的霍金先生他就是漸凍癥，主要是肌肉萎縮無法控制身體，雖然他的意識(shí)很清醒，雖然身體不行了，采集他大腦的信息有可能制造一個(gè)人造身體，讓他像阿麗塔能夠回歸正常生活。

我們提到怎么造腦機(jī)接口，讓癱瘓的人回歸正常生活呢，首先介紹一下我們的腦，我們有很多相對(duì)獨(dú)立的功能分區(qū)，額葉、面葉、小腦、針葉、頂葉，各自有一定的功能分區(qū)，整個(gè)大腦分區(qū)協(xié)同在一起工作才能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的腦功能。

大腦近千億神經(jīng)元交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜信息處理方式。我們要獲得這些腦神經(jīng)的信息就可能實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口，要想獲得這些傳遞信息怎么做？比較直接，就是在大腦里放置傳感器，監(jiān)聽大腦神經(jīng)元活動(dòng)狀態(tài)。

從理論上說，把傳感器放在離神經(jīng)元越近的地方清晰度越高，就像一個(gè)耳麥就放在我嘴邊上是特別清晰的。但實(shí)際上在實(shí)踐用途主要有三個(gè)傳感器放置方式，一個(gè)是放在頭皮表面，就是這個(gè)綠色的位置。

還有貼在腦皮層表面，就是在腦內(nèi)，黃色位置。紅色是刺進(jìn)去，讓傳感器探頭貼近神經(jīng)元。把傳感器放在不同位置，針對(duì)不同的腦機(jī)接口的應(yīng)用場(chǎng)景，比如用于科學(xué)研究，研究大腦的機(jī)理，科研腦機(jī)接口，更希望采集高清的模式，貼近神經(jīng)元的動(dòng)作電位，但是在醫(yī)療中，因?yàn)橹饕菑?qiáng)調(diào)安全與穩(wěn)定，所以對(duì)高清需求并不是很高。

我們來看一下在科研應(yīng)用的腦機(jī)接口，這是在我的實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)一只獼猴，在透明罩子里，前面電極在腦內(nèi)，引出了信號(hào)線，通過采集系統(tǒng)采集腦的神經(jīng)信號(hào)，這些細(xì)波紋是猴子掙扎的腦信號(hào)，實(shí)際上猴子是麻醉的，在手術(shù)臺(tái)上，但是麻藥已經(jīng)停掉了，雖然身體不能動(dòng)，但是意識(shí)在掙扎。

這些就是剛才從腦內(nèi)采集到的神經(jīng)信號(hào)原始的數(shù)據(jù)波形，有一些小毛刺，這就是神經(jīng)元發(fā)出的動(dòng)作電位，就是高清信息。通過專門研發(fā)的分析軟件把這些神經(jīng)元單獨(dú)動(dòng)作電位小波形提取出來，分級(jí)每個(gè)通道的信號(hào)。

提取這些腦機(jī)信號(hào)訓(xùn)練猴子做一些任務(wù)，開始用機(jī)械臂抓取一塊小的食物，放在猴子嘴前喂它，讓猴子逐漸意識(shí)到機(jī)械臂是喂食的，產(chǎn)生儀式上的因果關(guān)系以后，猴子逐漸打開它的腦神經(jīng)信息通道，采集腦信號(hào)，通過信號(hào)可以引導(dǎo)猴子參與主動(dòng)的喂食任務(wù)?，F(xiàn)在這個(gè)猴子意識(shí)到它會(huì)啟動(dòng)機(jī)械臂抓食物，當(dāng)?shù)竭@個(gè)斗的位置會(huì)釋放下來，進(jìn)到嘴里。這是實(shí)驗(yàn)室通過獼猴研究腦機(jī)接口。

這塊介紹是在美國斯坦福大學(xué)用病人志愿者研究腦機(jī)接口，病人頭上有一大的插頭，這是一位漸凍癥患者，不能動(dòng)，試驗(yàn)人員指導(dǎo)她做任務(wù)，讀取腦信號(hào)，八個(gè)不同方向的光標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這就是大腦解碼的過程，同時(shí)研究大腦是如何工作的。但是腦機(jī)接口是需要大腦進(jìn)行學(xué)習(xí)的，只靠機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)靈活進(jìn)行腦控還是不行的。

可以看到剛才的例子中使用的是一種Blackrock腦機(jī)接口，現(xiàn)在有帶著插頭的有線版本，還有無線版本采集腦信號(hào)。這種傳統(tǒng)設(shè)備在歷史上對(duì)腦機(jī)接口研究，特別是臨床上的腦機(jī)接口研究有很大的貢獻(xiàn)。2012年就在美國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，病人通過腦機(jī)接口控制機(jī)械臂抓取水杯，后面的人是監(jiān)控這個(gè)試驗(yàn)，主要是病人自己的腦信號(hào)直接控制機(jī)械臂。

可以看到，這個(gè)機(jī)械臂拿著這個(gè)瓶子磨磨蹭蹭，比人自己抓麻煩很多，到現(xiàn)在還沒有喝到。這里有一個(gè)問題，人是用眼睛看著手的位置，來做一個(gè)反饋，調(diào)整對(duì)手的控制，最后是喝到了。

這就是一個(gè)問題，剛開始是用眼睛進(jìn)行反饋，沒有進(jìn)行觸覺直接控制，要什么有什么，2016年就出現(xiàn)了有觸覺反饋的腦機(jī)器人，這個(gè)人是一個(gè)明星，當(dāng)時(shí)因?yàn)槌隽塑嚨湥@是做了腦植入手術(shù)，這是剛才看到的電極的小探頭，植入到腦內(nèi)，外面有兩個(gè)大的插頭。

這個(gè)人為什么比較有名，因?yàn)楫?dāng)時(shí)他參與這個(gè)項(xiàng)目之后可以靈巧控制機(jī)械臂，比2012年的靈敏度強(qiáng)很多，2016年美國啟動(dòng)腦計(jì)劃時(shí)，他收到了美國總統(tǒng)奧巴馬的接見，展示了對(duì)機(jī)械臂控制的精確度。

還有一種情況，癱瘓的人還是有自己的胳膊和手，也可以控制機(jī)械臂，通過電刺激手腕上的肌肉做動(dòng)作，比如手腕上有很多腕帶，上面是電刺激位點(diǎn)，前面腦袋的東西跟前面志愿者一樣，只不過這時(shí)候用電刺激手腕肌肉進(jìn)行倒取和攪拌的動(dòng)作，是這樣一個(gè)情況。

由于近些年數(shù)字終端普及，很多癱瘓的病人想使用類似于平板電腦或者進(jìn)行網(wǎng)上購物交流之類的需求。這些年，特別是在2017、2018年，通過腦控同樣的設(shè)備打字，可以通過發(fā)送郵件功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

在2019年有一個(gè)新的突破，可以解碼語言，這片紅區(qū)域和人的語言高度相關(guān)的腦皮層區(qū)域?？梢钥吹?，這是一個(gè)志愿者，腦內(nèi)采集神經(jīng)信號(hào)，這個(gè)大的電極是一大片，和剛才的電極是不一樣的，因?yàn)閯偛盘岬礁Z言相關(guān)的腦區(qū)范圍很大，所以需要大型電極。那片區(qū)域主要是對(duì)喉部肌肉的控制，解碼語言是跟控制胳膊一樣，都是做運(yùn)動(dòng)的解碼，通過人工智能算法，逐漸使得喉部肌肉運(yùn)動(dòng)。可以看到兩者很像。

剛才提到進(jìn)行了語言重建，在前年有一個(gè)通過閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控治療精神病，現(xiàn)在主要治療重度抑郁。這個(gè)設(shè)備有兩個(gè)長(zhǎng)的觸須，精神疾病如果要治療靶點(diǎn)和病灶不在一起，有一個(gè)病人幸運(yùn)，兩個(gè)點(diǎn)在一起，起到了癥狀緩解的作用。但是整體來說，精神類疾病往往是多腦區(qū)異常，需要多靶點(diǎn)協(xié)同調(diào)控才能更好治療精神疾病。

去年有一個(gè)新的東西進(jìn)入了臨床，它是一種出道即巔峰的技術(shù)，剛才看到的都是給腦打洞是通過血管順進(jìn)去的，它其實(shí)就是血管支架，這個(gè)小小節(jié)點(diǎn)就是傳感器的探頭。

這里有我一個(gè)問題，只能在中間的大血管展開，否則容易血管堵塞導(dǎo)致腦栓塞，同時(shí)采集的是腦附近的信號(hào)，遠(yuǎn)端采集不到了，這也是一個(gè)不足，優(yōu)點(diǎn)就是不需要腦袋打洞，從脖子把電極順進(jìn)去就可以。由于采集的信號(hào)區(qū)域比較小，這個(gè)信息量低，需要跟眼睛一起配合才能做在虛擬鍵盤打字的動(dòng)作。雖然信息量不大，但是由于手術(shù)比較簡(jiǎn)單，所以進(jìn)入臨床比較容易，去年已經(jīng)在美國開展了臨床嘗試。

作為腦機(jī)接口來說，激進(jìn)的是馬斯克搞的Neuralink系統(tǒng)，研制了專門的微型腦神經(jīng)處理芯片，搭建了有線和無線兩套系統(tǒng)，特別認(rèn)為柔性的細(xì)絲需要專門的機(jī)器人植入腦內(nèi)，這是一個(gè)試驗(yàn)，看起來是非常先進(jìn)。

不過有一個(gè)比較大的問題，因?yàn)檫@種植入式腦機(jī)接口作為三類醫(yī)療器械監(jiān)管是非常嚴(yán)格的，比如說去年馬斯克提出申請(qǐng)醫(yī)療認(rèn)可被拒絕了，美國FDA對(duì)這方面是有專門明文規(guī)定，主要是規(guī)定植入式腦腦機(jī)接口進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域的過程，特別是在2021年發(fā)布了這個(gè)指南，用以規(guī)范腦機(jī)接口技術(shù)在臨床普及。

除了獼猴實(shí)驗(yàn)，前面講的都是美國人做的這些嘗試。中國在這方面起步剛剛起來，現(xiàn)在我們也努力做了一些東西。比如說像剛才介紹的腦控機(jī)械臂猴子，這就是我們實(shí)驗(yàn)室的類似展示，黑白圖，猴子在布下面，剛做完手術(shù)，傳感器、器件模組、采集裝置，解讀這個(gè)信號(hào)，當(dāng)猴子清醒時(shí)控制機(jī)械臂進(jìn)行操作。

另外，剛才提到實(shí)驗(yàn)室做得東西只能給動(dòng)物用，我們要把腦機(jī)接口技術(shù)推到臨床給病人用，就需要走商業(yè)化路線，這就是創(chuàng)立了微靈醫(yī)療，研發(fā)醫(yī)療級(jí)的腦機(jī)接口，基本上依托于前面的研究成果，比如柔性的薄膜形電極陣列，采集刺激一體的電子芯片，搭建了千通道的系統(tǒng)，依托這些技術(shù)推出了醫(yī)療級(jí)的解決方案，這就是一個(gè)無線的示意圖。我們專門做了一個(gè)視頻介紹整個(gè)系統(tǒng)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這些信號(hào)是我們自己采的猴子的信號(hào)，可以做一些腦控任務(wù)。

這是一個(gè)腦控機(jī)器人時(shí)代，我想起名叫霍金的特斯拉，如果霍金有這樣的機(jī)器人，他的生活會(huì)自由得多。

最后展望一下未來場(chǎng)景。因?yàn)楝F(xiàn)在看到的元宇宙大家還是戴著VR眼鏡，感覺很不自然，我認(rèn)為腦機(jī)接口應(yīng)該是元宇宙的終極形式，這種情況下大家不再需要感官，直接腦腦相連，實(shí)現(xiàn)真正的元宇宙?？偨Y(jié)一下，通過研發(fā)植入式腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)心腦相連，謝謝大家。

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