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当地时间1月29日，美国知名企业家马斯克在社交平台上表示，他和几位科学家创办的公司Neuralink完成了芯片设备植入人脑的工作。“目前，（志愿者）恢复情况良好。”
脑机接口是如何实现人脑与机器的交互的？距离应用于健康人群还有多远？我国脑机接口技术的定位是什么？解放日报·上观新闻记者采访了上海科技大学计算认知与转化神经科学实验室主任李袁宁和上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科主任刘军。
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如何实现人脑与机器的交互
“初步结果表明，神经元锋电位检测非常有前途。“马斯克在介绍首例人脑设备植入手术时表示。
目前，“Neuralink”招募的志愿者主要是截瘫患者和渐冻症患者。“神经元锋电位”是指神经元放电时产生的锋电位脉冲电信号，检测到锋电位信号表明脑机接口设备已经在单个神经元水平上记录了神经活动。
脑机接口是如何实现人脑与机器的交互的？李袁宁介绍，脑机接口是通过有创或无创的传感和刺激设备记录或调节中枢神经系统神经元的电生理活动，并通过计算机将其与运动和语音等外部控制信号进行转换，以修复、替代或增强大脑与外部环境之间的相互作用的系统。
从广义上讲，人工耳蜗是脑机接口的成功应用。它接收外界刺激，与中枢神经系统直接相连，可以向大脑传递信号。
名为“心灵感应”的产品“Neuralink”有何创新？李表示，这并不是侵入式脑机接口的首次临床试验。早在2002年，美国贝莱德公司开发的基于犹他州电极的侵入式脑机接口产品就在布朗大学和哈佛马萨诸塞总医院进行了植入，研究成果于2006年发表在《自然》杂志上。
与以前的设备不同，Neuralink设计了一套基于高通的灵活、无线和微创脑机接口设备，其主要创新集中在信号记录和处理系统上。研究人员设计了一种基于柔性聚酰亚胺材料的高通柔性电极，单个设备可以在数千个通道的单个神经元水平上记录神经活动。开发了一种植入机器人系统，可以将柔性电极以微创方式快速植入大脑。利用半导体集成技术，将信号处理系统集成到植入设备中，实现了无线数据传输和无线充电。
一些功能的恢复将大大提高生活质量。
目前，脑机接口技术主要应用于医学领域，如神经系统疾病（冻伤等）引起的运动和语言功能障碍的替代和恢复。）和脑外伤。
刘军介绍，脑机接口技术在中国最早的应用是在帕金森病的相关治疗中。随着芯片技术的发展，脊髓也受到了电刺激。“简单来说，脑机接口就是建立连接，通过大脑皮层的想法来控制身体的其他组织。例如，如果患者的左手瘫痪，大脑皮层和手部神经之间的连接就‘断开’了，就需要通过芯片重建‘桥梁’。”
在刘军看来，这项技术的应用可以说是患者的福音。“特别是在老年退行性疾病和瘫痪等大型患者群体中，一些功能的恢复将大大提高他们的生活质量。”不过他也提到，这绝不是一个简单的医学问题，涉及工程和计算机等交叉领域，还有很长的路要走。“人的大脑区域非常大，每个分区的功能都不一样。不同患者瘫痪的原因也不同。在临床推广上，未来还有很多新的分支值得研究。”
2020年12月，瑞金医院脑机接口与神经调节中心成立，同时启动脑机接口神经调节治疗难治性抑郁症的临床研究，是国际临床研究热点之一。第一代脑机接口（BCI）用于通过单向电刺激治疗脑部疾病，而新一代采用BCI的新型神经调节芯片，可以实时感知大脑神经活动信号并将其无线传输到外部设备，由人工智能软件进行分析和处理，然后反馈到芯片进行精确的刺激调整。据悉，未来脑机接口技术有望在难治性抑郁症治疗中实现闭环自动控制，设备自动调整脑电刺激。
脑机接口应用在健康人身上有多远？李表示，脑机接口技术，特别是有创脑机接口技术，由于涉及开颅等植入手术，目前还不能应用于健康人。然而，基于非侵入性技术（如头皮脑电图）的大脑信息读取和解码已用于健康人群的一些简单应用中，如监测注意力、疲劳、睡眠等。，作为一种简单的娱乐交互设备来实现游戏控制，并用于运动功能的辅助康复。
矩阵描绘了一个完全双向的交互场景。
马斯克说:“想象一下，如果霍金能比一个快速的打字员或拍卖员更快地交流。这就是（脑机接口的）目标。”
我们离这个目标还有多远？“去年，斯坦福大学和加州大学旧金山分校基于侵入式脑机接口实现了每分钟60-90个单词的语言输出。可以说，学术界在实验室条件下部分实现了这一目标。”李对说道。
目前，脑机接口设备按照交互方向大致可以分为两大类。一种是从一个方向读取信号并解码。另一种是以DBS脑深部电刺激（脑起搏器）为代表的脑功能调节装置，通过向大脑中的特定位置输入电刺激信号来调节大脑功能，以缓解和改善帕金森病和重度抑郁症。
“电影《黑客帝国》中描绘的完全双向互动的场景可以说是BCI的终极目标之一。”李袁宁介绍，所谓“完全双向交互”，即通过脑机接口将外部感知等信号完全传输到大脑，同时从大脑解码输出动作、语言、情感等信息，目前还处于非常初步的探索阶段。“人类已经实现了对人工耳蜗、人工视网膜等初级感觉脑机设备的替代，但如何直接通过脑机接口实现与大脑皮层的双向信息交互仍是未知数。”
我国脑机接口的定位是什么？
目前脑机接口技术的应用有哪些难点？在李看来，首先是设备的安全性。许多设备涉及新材料在人体内的长期植入，这需要根据医疗器械标准进行严格的安全性审查。户外隔音材料
其次，装置和设备功能的稳定性取决于它们是否能够长期稳定地获得神经信号，并且不受大脑排斥和运动的影响和干扰。
再次，脑机接口的信号采集和解码技术在很大程度上受到神经科学理论发展的制约。
“对于更高级别的认知过程，如想法和记忆，它们在大脑中如何存储、处理和计算仍有许多未知数。如何通过脑机接口技术准确读取和解码这些信息，还需要进一步探索。”
“目前脑机接口技术还没有大规模的产品，还处于非常初步的研发阶段，设备成本也很高，还有很大的发展空。”李对说道。
我国脑机接口技术的定位是什么？“总体而言，我国脑机接口技术和产品处于发展和追赶阶段。”李说，我们与国际前沿特别是美国的相关实验室和企业还有一定的差距，但我们也在发挥自己的优势和特色迎头赶上。
清华大学、浙江大学、天津大学等科研团队在脑机接口技术和算法方面深耕多年，在国际上具有一定影响力。浙江大学完成国内首个基于犹他电极技术的有创体内临床试验。清华大学团队近日完成了基于自研半侵入式电极的脑机接口设备的临床试验。在语言脑机接口方面，李研究团队与复旦大学附属华山医院合作，初步实现了有创脑电到汉字语音的解码与合成。
目前，国内许多企业正在开发类似的高通-马斯柔性脑机接口装置，其中许多已经完成动物实验并正在积极推进临床验证。
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作者:黄海华和黄扬子。
微信编辑:纳米
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