科技丨脑机接口技术，让未来充满无限的可能
文/阿斌 【原创】
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在电影《阿凡达》中有这样的情节，男主人公杰克以前是海军陆战队队员，受伤后以轮椅代步。他接受政府招募，来到潘多拉星球接受实验。杰克因下半身瘫痪躺在密封舱里，通过设备和精神控制系统，让自己的意识宿主在阿凡达体内，将杰克的精神转移到阿凡达的身上，并使自己的身体和克隆体合二为一，结果杰克也变得行动自如。杰克打入纳美部落，说服他们自愿放弃世代居住的家园，使人类开采地下昂贵的超导矿石。杰克最终和纳美人妮特莉结为夫妻，成为了纳美人的领袖。
当然，这只是电影编剧编出来的故事。不管人们对电影《阿凡达》如何评价，但影片中已经包涵了脑机接口最初的想象。
科幻作家刘慈欣这样说：
科学是一座美的矿藏，但科学之美同传统的文学之美有着完全不同的表现形式，科学的美感被禁锢在冷酷的方程式中，普通人需经过巨大的努力，才能窥见她的一线光芒。但科学之美一旦展现在人们面前，其对灵魂的震撼和净化的力量是巨大的，某些方面是传统文学之美难以达到的。而科幻小说，正是通向科学之美的一座桥梁，它把这种美从方程式中释放出来，展现在大众面前。
02
你见过猴子玩乒乓球游戏吗？
你见过不用乒乓球拍也能打乒乓球吗？
一只名叫帕格的猴子一边吃着香蕉奶昔，一边紧盯着电脑屏幕，在玩乒乓球游戏。它没有用乒乓球球拍，也没有用游戏手柄，更没有鼠标键盘，它究竟是怎样玩游戏的呢？
让人简直不敢相信，猴子是用意念在玩乒乓球。
这，不是科幻，是马斯克脑机接口公司Neuralink的最新研究成果。
这只猴子是如何做到不用乒乓球拍也能打乒乓球的？
原来，研究人员在帕格的左右脑运动皮层中各植入了一块芯片，每块芯片有1024个电极，它们可以记录帕格大脑神经元产生的电信号。研究人员开始给帕格一根操纵杆，训练帕格在电脑前打球。它每打一个球，研究人员就奖励帕格一杯奶昔。两块芯片捕捉到帕格大脑中的信号，这些电信号记录了帕格的手部动作，通过蓝牙传输给电脑。
研究人员在此基础上，根据采集到的帕格大量的脑信号，预测帕格的手部动作，然后通过数学建模，精准校验，最终解译器取代了游戏操纵杆。当研究人员再给帕格奶昔时，帕格便知道它该上场打球了，于是实现了意念游戏。
2021年4月，马斯克这项最新成果的问世，引起了全世界的轰动。这项脑机接口技术，被称为当今世界上的“硬核”技术。
03
所谓脑机接口，脑机接口(Brain-Computer Interface,简称BCI)技术，作为一种将人脑与计算机或其他电子设备直接连接的方法，这一技术是在人脑（包括动物脑）与计算机或其他电子设备之间建立起控制通道，这是一种全新通讯和控制技术。说的直白一点，就是在人脑中植入一块芯片，借助建立起来的控制通道，用户可以直接通过大脑思想来表达想法或操纵设备。
“脑”意指有机生命形式的脑或神经系统；
“机”意指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到芯片到外部设备。
“接口”意指用于信息交换的中介物质。
脑机接口技术将是未来推动社会发展的一项极为重要的关键技术。目前，脑机接口多是侵入式脑机接口，即通过手术在人的头脑中植入芯片，还有非侵入式和半侵入式等。
脑机接口不仅是一项崭新的门槛最高的硬核技术，它重要的是颠覆了人类的认知和想象。你想什么，它就能做什么，还能预测将要做什么。
马斯克脑机接口公司Neuralink的最新研究成果，很有可能在不远的将来，使脑机接口产品化，并把脑机接口技术进行普及应用。这项技术可能会为许多患者带来福音。在人脑中植入芯片，可以治疗神经系统的疾病，改善患者的大脑功能。例如治疗帕金森病、癫痫、失眠等；让瘫痪的病人重新站立起来，帮助残障人士恢复运动能力；让语言障碍者恢复语言功能，完成他的语言表达。
目前，在全球范围内从事侵入式脑机接口研发的公司，仅有少数几家。
2022年1月，成立数月的上海脑虎科技公司宣布完成了9700万元的融资，这是目前国内脑机接口领域最大规模的早期融资。脑虎科技带头人表示，依托中科院科学家团队，凭借去年世界人工智能大会最高奖的原创核心技术，脑虎科技对标美国企业家埃隆·马斯克的脑机接口公司Neuralink，聚焦全球范围非常稀缺的侵入式脑机接口设备研发。
从植入的方式来看，马斯克公司的技术需开颅，创口直径大于2厘米；而上海脑虎科技可以免开颅，属于半自动植入，创口直径小于0.7毫米。
作为国家首批支持科研成果转化的试点单位，中科院上海微系统和信息技术研究所对脑虎科技给予了大力扶持。
脑虎科技创始人、首席科学家陶虎告诉解放日报·上观新闻记者，他们独创的柔性电极可以暂时硬化，在头颅上打个微孔插入脑部后又会变软，因此对大脑的损伤很小。在2022年的世界人工智能大会上，这一核心技术获得了最高奖“卓越人工智能引领奖”。
“80后”科学家陶虎，是一位科幻迷，他自称非典型科学家。
他在完成了中科大本科和中科院硕士学位后，前往美国攻读博士学位和从事博士后研究，2014年回到祖国。他认为，脑机接口技术现在可以帮助病人接受治疗，比如脑外科手术中进行更精准的脑区定位，帮助瘫痪病人操控机械手等。
陶虎认为，未来这项技术能够提升人的健康程度。脑机接口手术会像治疗近视眼的手术一样，风险和创伤都会越来越小，效果也会越来越好。这样就会有越来越多的人容易接受。他甚至还认为，脑机接口技术，还可以提高人的智力水平，提高人的记忆能力，使人类更容易掌握知识。
04
早在1924年，德国精神病学专家、脑电图之父汉斯伯格实现了对人脑神经电信号的无创记录。这被广泛认为是脑机接口最早的神经生理学发端。
1968年，科研人员首次尝试在神经生理学的基础上控制大脑信号。科学家记录了猫的感觉运动节律，建立起了初步的正反馈实验范式。大脑活动引发的电现象已经被正式作为一种生理信号进入了研究人员的视野之中。对动物大脑生理学的研究和对工具的研究，这两大板块的跨界研究是脑机接口的前世，共同构成了脑机接口的研究基础。
1973年，比利时学者、美国加州大学教授雅克·维达尔最早提出了“脑机接口”一词。
1989年，美国率先提出全国性的脑科学计划，把20世纪最后10年命名为“脑的10年”。美国科学家们在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、推动神经科学研究、针对目前无法治愈的大脑疾病等内容进行了大量的开发研制。
1991年，欧洲出台了“欧洲脑10年”计划。2013年1月，欧盟委员会宣布人脑工程入选“未来新兴旗舰技术项目”，并设立专项研发计划“人类大脑计划”，可在10年内获得10亿欧元的研究经费。
2006年，世界一流工程学院美国布朗大学研究团队完成首个大脑运动皮层脑机接口设备植入手术。四肢瘫痪的病人能够通过运动意图来完成机械臂控制、电脑光标控制等任务。
2008年，匹兹堡大学神经生物学家宣布利用脑机接口，猴子能用操纵机械臂给自己喂食，这标志着将动物脑与外部设备可以直接连接。
2012年，脑机接口设备已能够胜任更复杂的操作，让瘫痪的女病人通过对机械臂的操控，可以自己喝水、吃饭、打字与人交流。
2014年巴西世界杯开幕式上，一位名叫朱利亚诺·皮诺特的高位截瘫青年在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出一球。
2019年，约翰斯·霍普金斯大学一项脑机接口研究的参与者，通过长达 10 小时的手术，将六个微电极阵列（MEA）植入大脑两侧。研究者试图通过不断的改善和训练，让参与者获得控制假肢的能力。
2022年，中国神经外科领域的一项新突破，脑机接口柔性电极技术在世界顶级学术期刊《科学》杂志上发表。这项研究由首都医科大学附属北京天坛医院研发，是提高手术精准度、保护神经功能的关键技术。
近十几年来，各国都在致力于研究脑机接口的新技术，这一技术不断接近人们过去在科幻作品中的想象。特别是国内的脑机接口应用与医疗健康的研究也正在雨后春笋般的勃勃兴起。未来脑机接口技术或许最先应用于对人类部分疾病的治疗中。
让我们拭目以待。
（注：此文中部分内容，之前分享过，此文首发于《美少年》杂志2023年第10期）
