從腦癱患者重獲交流到免開(kāi)顱微創(chuàng)，腦機(jī)接口更安全了嗎？

原標(biāo)題：從腦癱患者重獲交流到免開(kāi)顱微創(chuàng)，腦機(jī)接口更安全了嗎？

腦機(jī)接口技術(shù)作為一項(xiàng)前沿而又酷炫的技術(shù)，一直備受矚目，近日，腦機(jī)接口技術(shù)取得了高價(jià)值進(jìn)展，從大腦活動(dòng)中解碼完整句子，使得癱瘓失語(yǔ)者可以交流，讓很多人看到了曙光。

該項(xiàng)目是Facebook 與加州大學(xué)舊金山分校聯(lián)合研究，研究員通過(guò)在一位失語(yǔ)十六年的癱瘓患者大腦中植入電極陣列，解碼從運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)送到聲道的大腦信號(hào)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動(dòng)識(shí)別出他腦中出現(xiàn)的單詞，實(shí)時(shí)在屏幕中轉(zhuǎn)換為句子，讓嚴(yán)重癱瘓的失語(yǔ)患者重獲交流能力，雖然只是簡(jiǎn)單的語(yǔ)句交流，但讓患者們建立了與世界重新交互的希望。

近年來(lái)，腦機(jī)接口技術(shù)新的進(jìn)展也越來(lái)越多.最近剛閉幕的世界人工智能大會(huì)上，也有跟腦機(jī)接口相關(guān)的高價(jià)值進(jìn)展項(xiàng)目，并且還獲得了世界人工智大會(huì)最高獎(jiǎng)項(xiàng)SuperAILeader（卓越人工智能引領(lǐng)獎(jiǎng)），其團(tuán)隊(duì)來(lái)自中科院上海微系統(tǒng)所，展示的技術(shù)成果——免開(kāi)顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口，因?yàn)槠湓谀X機(jī)接口技術(shù)的創(chuàng)新與突破性進(jìn)展獲得殊榮。

腦機(jī)接口技術(shù)的快速發(fā)展算起來(lái)也走過(guò)了二十個(gè)年頭，從患有中風(fēng)的病人被植入腦機(jī)接口控制其他設(shè)備，到現(xiàn)在植入式腦機(jī)接口可以讓猴子打游戲，讓腦干受損患者意念控制喝水、交流等，在技術(shù)革新的路上，腦機(jī)接口技術(shù)的安全性似乎變得越來(lái)越有保障了。

此前的腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)研究方案中，我們可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)對(duì)象頭上需要頂著一個(gè)盒子，還得連著線，極大地限制了受試者的活動(dòng)以及安全。而腦機(jī)接口近兩年的革新幾乎都是朝著簡(jiǎn)化設(shè)備，減少侵入式的創(chuàng)口以及無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的方向進(jìn)行。

微創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口技術(shù)并駕齊驅(qū)

腦機(jī)接口工作的方式是通過(guò)電極元器件進(jìn)行信號(hào)的采集，PC對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼、編碼處理等，最后反饋給大腦的過(guò)程，技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方案，分別為非侵入式方案與侵入式方案，他們之間最大的區(qū)別是，是否對(duì)大腦采用有創(chuàng)口的手術(shù)方式獲取神經(jīng)元信息。

傳統(tǒng)的侵入式方案，將成千上萬(wàn)的電極插入到大腦中獲取神經(jīng)信號(hào)，因?yàn)樾枰M(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)，會(huì)對(duì)大腦造成損傷；侵入大腦的元器件長(zhǎng)期在腦內(nèi)安置，其安全性以及性能方面也會(huì)大打折扣，這也一直是侵入式腦機(jī)接口方案最大的缺點(diǎn)。因?yàn)槠浒踩砸约皞惱矸矫娴南拗?，侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)在動(dòng)物上應(yīng)用較多，相關(guān)人體研究目前僅限于神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病患者等臨床特殊患者群體。

而此次世界人工智能大會(huì)上公開(kāi)的免開(kāi)顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口技術(shù)有望打破侵入式方案的桎梏，提高植入的安全性。中科院上海微系統(tǒng)所的方案是通過(guò)免開(kāi)顱方式進(jìn)行微創(chuàng)植入電極，植入尺度小于輸液針孔口徑。

團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的蠶絲蛋白包裹電極的技術(shù)可以把柔性的電極暫時(shí)硬化，這樣只需要開(kāi)一個(gè)很小的孔，類似做針灸一樣將包裹后的電極直接放入腦袋里，而它到了腦后又會(huì)逐漸變軟，留在大腦內(nèi)部的神經(jīng)電極就可以把實(shí)驗(yàn)體的腦電波傳入電腦，后期可進(jìn)行解碼與人工智能預(yù)測(cè)。

柔性讓“腦機(jī)接口”更加接近臨床轉(zhuǎn)化，技術(shù)人員有個(gè)很巧妙的比喻，可以很好地理解柔性電極的功效，如果把大腦比作豆腐，柔性“腦機(jī)接口”就仿佛把一根蠶絲插入到一塊豆腐中，它可隨著豆腐一同晃動(dòng)，不會(huì)對(duì)豆腐造成傷害。

柔性電極化極大地提高了侵入元器件的安全性，并且柔性的方案很好地固化了電極，其無(wú)創(chuàng)的方式降低了腦損傷的傷害，目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于鼠、兔、猴等多種動(dòng)物模型，并能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)后急性信號(hào)采集和長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月的穩(wěn)定神經(jīng)信號(hào)跟蹤，對(duì)后續(xù)的臨床試驗(yàn)有很大的裨益。

馬斯克的Neuralink最新方案中，對(duì)安全性能也做了很大的革新，相較于之前的方案，最新的技術(shù)讓開(kāi)顱的尺寸縮小到硬幣大小，減少了對(duì)腦部組織的創(chuàng)傷，使得開(kāi)顱手術(shù)較以往變得完全了許多。

關(guān)于有創(chuàng)傷的手術(shù)操作方面，因?yàn)榇竽X的精細(xì)與復(fù)雜性，手術(shù)的過(guò)程不得出現(xiàn)任何閃失，Neuralink還研制了一種植入機(jī)器人。這臺(tái)機(jī)器人能自動(dòng)避開(kāi)血管等大腦關(guān)鍵精細(xì)的部位，把比頭發(fā)還要細(xì)的微小電極和傳感器植入到大腦深處。

有創(chuàng)的侵入式方案，一般都是神經(jīng)系統(tǒng)受損嚴(yán)重的患者選擇，以治療為目的，風(fēng)險(xiǎn)和收益比較而言，有時(shí)候是值得冒險(xiǎn)一試。但是這個(gè)冒險(xiǎn)的前提是侵入式方案盡可能的安全，對(duì)大腦的損傷少一些。

設(shè)備的簡(jiǎn)化以及安全性必須要求苛刻，不能讓患者陷入病沒(méi)治好，還把腦子給戳壞了的處境。傳統(tǒng)的侵入式腦機(jī)接口需要通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于此種方式侵入性太大，使用者面臨的風(fēng)險(xiǎn)是極高的。最新技術(shù)的革新趨勢(shì)讓腦機(jī)接口侵入式方案的安全性大大提高了。相比傳統(tǒng)開(kāi)顱手術(shù)，這種方法對(duì)大腦的損傷更小，風(fēng)險(xiǎn)也降低。如果未來(lái)有更創(chuàng)新的植入技術(shù)，可能還會(huì)繼續(xù)降低各種創(chuàng)傷風(fēng)險(xiǎn)。

道阻且長(zhǎng)，腦機(jī)接口的安全“地雷”

雖然微創(chuàng)與無(wú)創(chuàng)的方案提高了腦損傷事故的安全性，但是我們知道侵入的方案歸根結(jié)底還是將大量的電極預(yù)埋到大腦里，還是有安全的風(fēng)險(xiǎn)存在。

技術(shù)的發(fā)展讓腦機(jī)接口看起來(lái)減少了危險(xiǎn)，但并沒(méi)有完全遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，微創(chuàng)的電極還是會(huì)入侵大腦，對(duì)人的身心帶來(lái)危害。風(fēng)險(xiǎn)包括針對(duì)人腦的手術(shù)創(chuàng)傷、出血、感染等。長(zhǎng)期安置在大腦中，元器件的功能作用會(huì)產(chǎn)生弱化的問(wèn)題，信號(hào)失真，信號(hào)傳輸有誤等，而弱化的功能可能會(huì)導(dǎo)致腦機(jī)接口系統(tǒng)的操作失誤，增加許多難以預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)。

相比侵入式腦機(jī)接口技術(shù)，非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)是企業(yè)和健康人士更青睞的方式，但其技術(shù)方面也存在一些安全問(wèn)題，不容忽視。

在信號(hào)的傳輸與分析階段，腦電信號(hào)存在干擾以及被誤讀的風(fēng)險(xiǎn)。由于顱骨對(duì)神經(jīng)信號(hào)存在阻擋，目前非侵入式腦機(jī)接口裝置難以獲得持續(xù)穩(wěn)定的腦電信號(hào)，特別是在一些需要高精度操作的腦控場(chǎng)景下，例如控制輪椅、駕駛汽車等，如果因腦電信號(hào)誤讀造成操作失誤，造成的后果就非常嚴(yán)重。

再者就是佩戴電極帽也有一些安全風(fēng)險(xiǎn)，人在使用電極帽之后可能會(huì)有頭疼、發(fā)熱和視覺(jué)模糊等狀況，如果是長(zhǎng)時(shí)間佩戴的話，也有電磁波輻射的損傷，長(zhǎng)期使用會(huì)使人腦發(fā)生不可逆的改變，帶來(lái)未知的負(fù)面影響。

技術(shù)的創(chuàng)新伴隨著潛在的和未知的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槟X機(jī)接口技術(shù)涉及到人類最重要最精密最復(fù)雜的器官——大腦，所以其迭代發(fā)展的過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)一定需要考慮及重視，并且在所有的風(fēng)險(xiǎn)中應(yīng)該首先關(guān)注技術(shù)本身的安全性，特別是當(dāng)可能涉及到嚴(yán)重的危險(xiǎn)時(shí)，必須將安全置于最高的地位。

無(wú)論是哪種技術(shù)方案，腦機(jī)接口的安全“地雷”問(wèn)題還是很多，整體來(lái)說(shuō)，雖然微創(chuàng)的技術(shù)減少了腦損傷的部分安全隱患問(wèn)題，向著安全的方向靠近了一些，但是腦機(jī)接口技術(shù)畢竟在發(fā)展的初始階段，整體的安全性進(jìn)度條還在初步階段，談?wù)撃X機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)變得安全了有些夸張，只能說(shuō)是向著安全的方向在進(jìn)化中，不過(guò)，有變化總是好的事情。隨著資金、人才的大量涌入帶來(lái)技術(shù)的革新，腦機(jī)接口技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和成本會(huì)逐漸降低，向著大帶寬、便攜化、可穿戴化方向發(fā)展。

行將終至，腦機(jī)接口的漫漫征途

創(chuàng)新推廣的新技術(shù)只能排除部分的安全風(fēng)險(xiǎn)，但是技術(shù)的發(fā)展也不能因?yàn)槔щy因噎廢食，腦機(jī)接口的科學(xué)愿景和錢景還是很有吸引力，其應(yīng)用覆蓋的領(lǐng)域較為廣泛，在醫(yī)療、教育、娛樂(lè)、軍事等，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域中，除了治療腦干受損的患者外，原則上也可以治療重度抑郁癥、自閉癥、腦癲癇、阿爾茲海默癥、帕金森綜合征等目前難解的神經(jīng)疾病。

廣闊的商業(yè)化前景吸引了資本的注意，有關(guān)腦機(jī)接口的融資事件不少。公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2018年以來(lái)國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口行業(yè)融資不斷增多，如專注腦控康復(fù)技術(shù)的臻泰智能2019年9月獲得聯(lián)想創(chuàng)投獨(dú)家投資的數(shù)百萬(wàn)天使輪融資，聚焦腦機(jī)接口系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備研發(fā)的博瑞康在2021年3月獲得紅杉中國(guó)領(lǐng)投的上億元B輪融資，NeuraMatrix獲得由經(jīng)緯中國(guó)數(shù)百萬(wàn)美元Pre-A輪融資，腦陸科技在2020年12月獲得1億元A輪融資。

雖然腦機(jī)接口技術(shù)吸金，但是其技術(shù)整體來(lái)說(shuō)還是屬于發(fā)展的初期階段，商業(yè)化落地的話路徑蹣跚，目前主要還是在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)力，比如康復(fù)訓(xùn)練已經(jīng)進(jìn)入了臨床試驗(yàn)的階段。腦機(jī)接口技術(shù)還遠(yuǎn)未成風(fēng)口，談競(jìng)爭(zhēng)似乎也是有點(diǎn)牽強(qiáng)了。

腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展還是以學(xué)術(shù)界研究機(jī)構(gòu)領(lǐng)頭，他們的科研實(shí)力較強(qiáng)，巨頭企業(yè)或者是牽手合作，或者是收購(gòu)等方式，進(jìn)行早期的布局。Facebook通過(guò)收購(gòu)腦機(jī)接口（BCI）創(chuàng)企CTRL-Labas，開(kāi)發(fā)一種可以與其他設(shè)備直接連接的外設(shè)。馬斯克家的Neuralink主要是從侵入式方面進(jìn)行探索。

國(guó)內(nèi)的玩家比如博睿康、腦陸科技等，大都從非侵入方面的設(shè)備層面進(jìn)行切入，阿里與NeuraMatrix公司牽手合作，共同探索未來(lái)的腦機(jī)接口應(yīng)用淘寶意念購(gòu)。整體來(lái)說(shuō)行業(yè)內(nèi)主要研究的方向還是以非侵入式腦機(jī)接口為主，落地的應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。

對(duì)于大腦的物理結(jié)構(gòu)層面的研究，人類幾乎已經(jīng)走完了觀乎其外、入乎其內(nèi)的過(guò)程，但是馭乎其外的境界還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到。對(duì)于大腦中各個(gè)分區(qū)以及功能物理結(jié)構(gòu)等人類已經(jīng)有了很好的理解，但是大腦擁有上百億個(gè)神經(jīng)元，他們之間怎么通過(guò)連接、傳遞信號(hào)完成信息的處理，中間的過(guò)程是黑盒子。

映射到腦機(jī)接口技術(shù)中，充當(dāng)神經(jīng)元的電極數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大腦的神經(jīng)元，再加上本身技術(shù)層面的信號(hào)帶寬與失真以及安全性的桎梏因素等，目前的腦機(jī)接口技術(shù)還是只能實(shí)現(xiàn)一些不太復(fù)雜的腦電信號(hào)的讀取和轉(zhuǎn)換。

要想實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的交互和功能，像電影《黑客帝國(guó)》或者是《攻殼機(jī)動(dòng)隊(duì)》中所想即所得，通過(guò)“下載”能夠熟練地掌握新知識(shí)、新技能，需要很漫長(zhǎng)的路要走。

道阻且長(zhǎng)，行將終至，腦機(jī)接口技術(shù)是人機(jī)交互、人人交互的終極形態(tài)，但是發(fā)展到這一步還需要時(shí)間的打磨，很多人擔(dān)心腦機(jī)接口技術(shù)會(huì)打開(kāi)潘多拉的盒子，但是正如《超體》電影的臺(tái)詞所述，帶來(lái)混沌的是無(wú)知而不是知識(shí)與技術(shù)，未來(lái)腦機(jī)接口技術(shù)是對(duì)人腦的增強(qiáng)而不是控制與干預(yù)，是促進(jìn)人類交互的蓬勃發(fā)展的工具，去更好地理解自然、宇宙。

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