马斯克的脑机接口，一个有关“卡脖子”的故事？丨亮见17期 ...

女孩放开那畜牲

            
            丨划重点
" D7 d, k$ t( H# F' E            脑机接口发展已有近50年历史，解决的是大脑信息读取，再回传大脑并进行相应控制的问题，二者结合则是“脑机交互”的概念。
. s/ D& {0 c& R  v3 r            脑机接口早已“飞入寻常百姓家”，在帕金森症、抑郁症的治疗方面已有很长的历史，人工耳蜗也属于脑机接口设备的一种。
            脑机设备植入大脑造成感染的风险比较低，设备属于三类的医疗器械，受到严格的监管，目前技术对大脑功能不会产生显著负面影响。
& x$ H; ^! `" J  j  \            美国已将脑机接口定义为卡脖子技术，中国在这方面已经提前布局，未来5-10年将有可能建立领先优势。
            脑机接口是典型的交叉学科，涉及脑科学、电子工程、材料学、计算机等，需要多个学科人员组建团队共同解决问题。
            丨概述
% c$ P: X+ u: {* \, Y            互联网的故事逐渐“荒漠化”之后，资本快速找到了新的绿洲——生命科学。
% b$ r" ]4 ]  ]5 ]* L) S" x% f& x            日前，马斯克旗下脑机接口公司Neuralink公布对外宣称已实现小型化、可升级的脑机设备研发，且无限接近量产，并将于6个月内进行人体实验，然后在人体实验之前，也遭到监管和舆论对“伦理”的质疑——有材料证明 Neuralink 和加州大学戴维斯分校的动物实验，对猴子造成了残忍的虐杀。
            复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩认为，脑机接口技术的发展经历了“读脑”和“写脑”两个阶段，开始进入到“脑机交互”与”脑机融合”时期。
% g  @& m: N0 d            在脑机交互设想实现的过程中，需要克服交叉学科的挑战，尤其是实现从神经科学理论到技术与系统集成的跨越，同时资本也将从概念投入转变为支持面向需求的技术整合。
* D4 D4 y2 E# R3 e            关于脑机实验，选动物还是选人类？需要“就事论事”、遵循伦理，从安全和利益等多个角度考虑。
                        
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( R0 b7 j+ g" z  V            读脑、写脑与脑机交互
            刘兴亮: 先请王教授为大家科普一下脑机接口的发展历史。
* w( @7 R! T1 o            王守岩：脑机接口发展有近50年的历史，在发展的过程当中也经历着时代的变迁。
, X- I+ x) ]0 A            脑机接口需要解决什么问题？第一，对大脑信息的读取；第二，将读取的信息传回大脑，并对其进行相应的控制，或者将声音的信息或者视觉的信息传入其中。
            近年来人类一直在思考，如果读脑、写脑都能够完成，是否可以将两者相结来？所以脑机接口现在发展到“脑机交互”阶段，脑机的交互，就是将脑信息的读取和写入成为一个整体。
            在这个基础上，未来可能会发展新的智能解决方案、新的设备，成为神经系统，成为大脑的一部分，这也是未来脑机融合的概念。所以，从读脑、写脑的脑机交互到脑机融合，可以看作是从过去、现在到未来的过程。
: |8 I& S4 o+ G7 |            脑机接口这一领域的发展，有几个重要的时间节点。
            1924年，德国精神科医生汉斯·贝格尔在一名颅骨缺陷的病人头皮上记录到了电流计镜面的微小振动，首次记录到脑电波，开启了脑机接口相关技术的学术探索时代；
            1969年研究员埃伯哈德·费兹设计了游戏，让猴子通过特定思考来触发仪表盘的指针转动，从而获得游戏奖励，此后科学家尝试通过解码大脑电信号准确方便地控制外部设备，脑机接口迈入科学论证阶段。
2 M0 ]+ \7 j6 v5 z$ [1 V1 _            “脑机接口”一词最早是由 Jacques Vidal 在1973年提出的，一个可以将脑电信号转化为计算机控制信号的系统，他将这样的系统命名为“脑机接口”。
            随着神经科学与相关技术的不断突破，脑机接口技术开始快速发展，引起了世界的关注。
- t( a2 @5 B/ _8 z1 ^2 z            2014年，巴西世界杯截肢残疾者凭借脑机接口和机械外骨骼开出第一球；
                        
, O. u8 D1 e5 i- t. O            2014年巴西世界杯世界杯截肢残疾者凭借脑机接口和机械外骨骼开出第一球，图源：网络
0 U. `; m7 ~7 M7 [            后来马斯克进入到脑机接口领域，他的工作也使得世界了解了脑机接口，在此基础上，美国随即将脑机接口技术定义为卡脖子技术，美国从国家战略的角度通过政策的调整，让脑机接口从而又获得了大量的关注。
            从科学的角度，也有几个重要的阶段。
            早期阶段，脑机接口经历了30-40年的积累，最常被用来监测脑电，解码大脑活动来打字，初始打字速度很慢。包括清华大学、天津大学的相关团队，以及国际上的团队都在该领域进行了很长时间的积累。
5 A6 X5 H+ q2 @: f3 [8 d# v2 u            直到近几年，通过脑机实现文字输入的速度媲美手动打字，这样的突破让人们看到解码大脑活动的可行性。
            2012年科学家首次在瘫痪患者颅内植入电极，控制机械臂来完成特定动作。2020年，浙江大学医学院附属第二医院在高位截瘫患者脑内植入Utah阵列电极，在我国首次实现高位截瘫病人通过“脑机接口技术”控制机械臂，完成进食、饮水和握手等上肢运动。
            让瘫痪的患者能够自己去控制，相当于同外界又建立了联系，这是读脑方面的发展。
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            高位截瘫病人通过“脑机接口技术”控制机械臂，完成饮水，图源：智东西
            在写脑方面，一个重要的进展是2013年牛津大学的团队，在帕金森病的治疗过程中，将读取脑信号和刺激大脑连接起来，形成了一种被称为闭环或自适应的脑刺激方式。
2 q: [# Y  u; L, g            第一次真正的在人身上能够将读脑和写脑两者有机结合，这同样也是在读脑与写脑方面的一次突破。
- U5 L, ^6 t% Y5 ?; R            另外，在2019年欧洲团队利用大脑的信号发出运动命令来控制脑电，刺激肌肉、刺激脊髓，让脊髓损伤瘫痪的病人又能够重新站立起来。
' i4 e. T: {! F5 W            脊髓损伤被认为是在康复领域的珠穆朗玛峰，在几十年、上百年甚至上千年都没有一个方法让一个完全截瘫的人重新站立，而这个工作则是一个颠覆性突破。
( D$ X% y4 q  {            可以说脑机接口领域在近十年正在进入到加速发展的阶段。
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! `7 f7 `+ E% C6 e3 d+ f+ H; x            资本讲新故事：
            整合技术而不是概念投入
7 F- |% @$ M# \, `6 H- r7 m            刘兴亮：脑机接口作为非常前沿的领域是否是生物与计算机的交叉领域？目前的研究人员大多是什么学术背景，在学校开设专门课程，在未来有可行性吗？
0 b) f& |1 V5 q! _2 u' C  x            王守岩：这是特别典型的交叉学科领域。
; W3 T- f: t1 Y6 X! H  v            第一是脑科学。对于大脑的本身的解读、理解、研究。第二是电子工程，和大脑交互，需要有设备、硬件，所以有电子工程。第三，因为设备需要放置在大脑表面或者脑中，能不能更好地与人脑贴合，就涉及到材料学。第四，以人工智能，机器学习为代表的的计算机在经过近几年的发展，在脑机接口领域贡献也越来越大。
                        
$ C  N8 x$ F7 `( Z* g            脑科学、电子工程、材料学共同配合完成意识控制，图源：浙大二院
            从解决脑机接口问题的角度，可能最后需要多个团队共同努力解决问题。
            所以，为什么脑机接口现在发展如此艰难？就是因为它需要能够整合多个学科或者是知识理论的大团队。
" X6 q& U3 Q" t            一般在高校做科研都是自由探索，往往针对某一个问题进行研究。脑机接口领域是一个系统集成问题的研究与研发，所以从这个角度来看不太可能有一个专门的课程，因为它涉及的学科领域过多。
            我们复旦平台现有的学科包括脑科学、认知神经科学（研究我们的记忆、情感从哪里来），电子工程的研发、智能硬件的研发。
' X5 i4 P; b* f2 c* x) z; h            以及脑影像的研究（对大脑进行更深层次的全面解读），大脑神经活动解码的研发还有专门的人工智能算法团队。
            刘兴亮：目前脑机接口有哪些应用场景，能够给人类带来什么改变，短期内最容易看得到的成果可能是什么？
            王守岩：可以从三个角度来看。
            第一个是从读脑的角度，也就是读取大脑的信号，包括前面提到的记录脑信号，最常用的是无创方式解读大脑，原先可以用脑电信号来控制鼠标打字或者控制轮椅，但近几年开始在脑疾病的治疗、评估上落地应用。
& s' [2 _: A. \/ i            比如评估精神疾病，如“抑郁症”的治疗效果，尤其是患者服药后效果的监测；或者从更广泛的角度来说，可以应用脑影像进行脑疾病的诊断。
            第二个从写脑的角度，现在的应用包括有植入电极进行脑深部电刺激治疗帕金森病，也包括非植入的40赫兹光刺激调控脑功能减缓阿尔兹海默症。当然，除了光的调控，还有经颅的直流电刺激、磁刺激，都是对大脑功能的调控和改善。
6 U! ]9 e( \% ^7 Z$ e4 l            第三个是交互技术。科学界最近两年发表了几篇重要的论文，核心的观点是——在特定的时间对大脑进行刺激，比如只在病人状况不好的时候进行刺激，就可以对大脑功能实现更加智能化、精准化的调控。
            那么在抑郁症、癫痫疾病的治疗当中，脑机技术都具备无限的可能，只是目前还处于科研发展的早期阶段。
            刘兴亮：脑机接口的发展目前受到了哪些条件的制约，最难的挑战来自于哪里？
            王守岩：目前比较大的挑战就是交叉学科的研究。交叉学科的研究是每个人、每个团队做一件事情。但是如何把不同的技术集成综合，从技术发展的角度存在挑战。
8 s. d+ C! _) N# Q5 n) ?& F: Y            另外一个挑战则是人类目前对大脑的理解仍然处于比较初级的阶段。最需要回答的问题是，读出的大脑信息，到底意味着什么，与疾病到底存在怎样的关系？
            脑机研究是一个迭代的过程，人类对大脑的理解向前一步，脑机领域的发展也会随之前进一步。
            比如像帕金森病，我们进行植入芯片治疗是因为对于它发病机制我们比较清楚，知道大脑的哪个位置出现问题，很容易去有针对性的解决问题。
                        
            帕金森发病机制，图源：网络
1 x! Q' W4 Q9 t# S- y, e  \            但是对于老年痴呆这种病症，到底是大脑哪一部分出现问题，到目前还无法诊断清楚，这时候就很难通过脑机去解决问题。
8 z. f. h/ C- |  l  |/ B            所以，通过脑机实现用大脑去控制打字、控制轮椅进展更加顺利，因为大脑会有一个明确的运动命令，更容易建立脑机接口控制技术。
            从某种程度上说，中国在脑机接口领域，未来的5-10年，在国际上都将处于世界前沿。一方面，我国一直都有大量的学者推动脑机接口的持续发展。另一方面，美国将脑机接口定义为卡脖子技术后，中国的脑计划、脑科学类研究的重大项目就已经完成布局。从脑机接口的机制到技术，再到植入的材料，都进行了全方位的布局。
            可以想象，5年之后，整个领域的技术更进一步之后，我们再去做集成技术，就会更加的容易。
            回到资本上来，现在资本要讲新故事，新在哪？
1 N4 ]& _' h1 R) t            新指的是从从问题的角度去整合技术，而不是从概念的角度去投入。我觉得这是未来五年发展，是可能出现的趋势变化，同时也需要资本更加深入领域，持续而战略投入。
            此外，我们要投入更多的精力，去思考这个领域需要做哪些布局，需要重点解决什么问题？比如如何治疗抑郁症或者精神疾病的问题。
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) y. ?5 _8 m, A. F4 c0 X            做科研实验，选动物还是人类？
# Y/ T5 R5 N! k! U* x+ S            刘兴亮：脑机接口设备对健康有没有影响，会不会感染病菌？
            王守岩：相对来说感染的风险比较低，因为植入大脑的医疗器械它经过严格的监管，属于三类的医疗器械。
            不过，医学方面的问题，都没有办法100%的避免风险，所以很多医院做手术都要签知情同意书，让患者接受相应的风险。
5 ]5 l/ v) U4 H0 ]2 Z: W9 p3 x            当然在大脑中植入设备，肯定会对大脑产生一定的影响。目前来看，大脑植入芯片对于大脑本身的功能影响相对来说没有那么大。
            长期的刺激，比如植入芯片治疗帕金森病，有的病例植入时间长达20多年，一直都起到了很好的治疗效果。从长时间的观察来看，这种植入对于脑功能的影响没有那么明显。
- t; @, [3 R8 x            目前也没有明确的临床证据表明，植入芯片会整体引起不好的症状，当然患者的反应可能也因人而异，但从整体来说，这种治疗方案对于疾病的改善效果要远远大于可能带来的风险影响。
, s& U/ x$ I3 K" S. i            我们国家也正在大力地推动整个伦理体系的建设，尤其是在科研和医疗上，两个体系都在快速的发展，伦理的第一个原则就是安全。我们必须保证植入到大脑的设备没有感染的风险。但是在手术过程则存在不确定性的风险。
  U; d+ ?- ?( I( }            伦理的第二个原则是收益价值，是对于患者的个人利益的保护，患者通过植入芯片能够获得怎样的治疗效果。
            因为从社会的角度来看，不会随便让一个普通人植入芯片，通过植入芯片变聪明不会获得伦理支持。但是对于一个病人来说，在无法行动后植入一个芯片重新获得行动能力，这在伦理的框架内合情合理，我们需要专家和社会共同建立对于这些事情要有符合道德、责任等认知的规范，而不是谁想做就可以做。
4 }& t8 l, h+ g% Z; l$ P            刘兴亮：马斯克预计在半年内，就会进行人体的实验，脑机接口为什么需要经历从动物实验再到人体实验的流程，这种流程的价值体现在哪，是不是必须？
            马斯克旗下的Neuralink脑机接口公司已经在一只名为Sake的猴子上实现了用大脑控制一个虚拟键盘来打字，完成快速的“意念打字”
; E+ D7 I! ~* d" [9 H0 ~; ^! p. a            王守岩：因为这会涉及到硬件设备，会不会感染？放进去会不会产生炎症？所以尤其是植入类设备，他必须要去证明安全性、可靠性，在面对这类问题，解决它需要用到动物。
            与之相对的，医院很多脑机相关的研究很多时候不需要动物，科学家直接和医生合作，在患者身上进行数据的记录。比如，脑电信号对病人没有任何的影响，只记录到脑电信号，就不需要去做动物的研究。刺激类的数据监测，比如患者改善情绪、改善记忆、改善注意，这方面的研究也是可以在经过伦理审批以后在人身上直接进行。
            关于动物实验，还是人体实验，需要就事论事，看要解决什么样的问题，这也是属于伦理，包括动物伦理和生物医学伦理的问题。
# F$ [3 ?' `0 q0 z: F            我们需要尊重生命，以问题为出发点，建立研究方法和路径，这是脑机这样的科学研究应该遵从的原则。当然，也需要关注——是否可以减少动物实验，或者是提高实验的效率？
7 F5 t3 J' V; y- |3 d  N) y1 V            比如，随着计算机技术、孪生技术的发展，未来是否会出现数字大脑，利用数学模型构建数字化大脑，在数据和模型的基础上做科学的研究，建立一种新的人工智能范式。
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            “远在天边，近在眼前”的脑机接口
7 N- _, R' I+ O9 f9 F5 j( P) R            刘兴亮：如何能让脑机接口成为一项普通人都能够自己用的技术，实现这个目标可能需要多久？
            王守岩：目前来看，脑机接口最可能解决的还是医疗健康相关问题，所以普通人看待脑机接口的话题更多的是兴趣使然，更多的普罗大众还没有到需要脑机接口相关技术的阶段。
            如果脑健康出现问题或者其他脑疾病发生，我们就会认为这些技术很贴近生活，要想让脑机接口“飞入寻常百姓家”，用八个字概括“远在天边，近在眼前”。
            为什么叫近在眼前？目前已有相关的技术在医疗领域应用，比如植入式的设备或者无创的神经调控设备，已经进入临床，再比如像人工耳蜗这类康复设备，所以核心还是一个医疗健康问题。
6 n$ ~7 [+ ?5 R, J8 X" ^            那为什么又远在天边？比如梦境重现的猜想，甚至是干预，还有记忆的增强和知识的写入，这些领域的设想和研究还处于早期阶段。
4 H: i/ v) B- \  ]            另外，虚拟大脑，数字孪生大脑，以及脑机交互的算法，也都还处于早期阶段，需要经历一个相当长的研发和临床周期才能逐渐的走到我们的面前，去更好地解决问题。
' o7 R9 S/ s" W+ j: N7 Y' q$ {            所以，关于脑机接口的应用，不能一概而论。技术的发展有快有慢，未来一定会有更多的前沿技术帮助人类解决更多的问题。
            刘兴亮：关于脑机接口相关技术，您最期待哪一个领域取得突破？
            王守岩:我最期待的是两个问题，一个是前沿挑战的植入式闭环脑刺激，可以对于一个神经核团的某一个特定功能进行精细化的调控。
            比如调控快乐、调控疼痛。
5 U0 C8 }/ o% w4 U' G7 w9 U3 A& o$ y            对于难治性抑郁，还有疼痛，我们做过很多的研究，疼痛会很沮丧，那我可以通过精细化的调控将疼痛缓解，患者的情绪也能够缓解，变得快乐，这是我自己特别期待的一件事情，也是在努力做的事情。
9 a1 {# W% F$ O; b5 O0 q( Q, U4 K" O            另外一个就是无创的设备能够更小型化，能够去更方便的读取大脑的信号，给它一些施加一些更高效的刺激，这样可以帮助患有慢病的病人去解决他的问题，比如睡眠不好，就是短期的疫情带来的一些压力、焦虑或者是工作当中短期的影响让自己身体出现状况。
% H( ~3 W7 N2 U4 E            小的设备可以治“未病”，防止在它成为一个严重问题以前，就施加解决手段，帮助人们能够去解决这些小问题，不要把小问题变成大问题。
            刘兴亮：我对第一个神经调控非常感兴趣，这个“快乐按钮”给人感觉非常魔幻，一个按钮就可以让人更快乐。当科幻都变成科技，当科幻照进现实，未来或许还有更多的技术都来自于我们的胡思乱想，所以我们今天的奇思妙想说不定哪一天真的会实现，也希望这样一个“快乐按钮”能够早日出现，让我们每个人都能按出生活中的“快乐”！