2021年9月12日，2021世界机器人大会上展示的脑机接口技术

 

　　“现在的脑机接口技术没有到读心术这个层级上，很多都是用运动脑区的信号和视觉诱发的信号来实现一个过程，这些属于条件反射，和意念不是一码事。”

文/《环球》杂志记者 吴美娜

编辑/马琼

　　5月4日，由南开大学段峰教授团队牵头的全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功，标志着中国脑机接口技术跻身国际领先行列；5月25日，美国硅谷企业家埃隆·马斯克参与创办的脑机接口企业“神经连接”公司宣布已获美国食品和药物管理局批准开展人体试验；5月29日，2023中关村论坛上发布《脑机接口创新与知识产权研究报告》，显示近几年来范式编码技术的全球专利申请量呈现急剧增长的发展趋势；7月13日，联合国教科文组织在巴黎召开会议，讨论如何规范读脑技术以保护隐私等人权……

　　脑机接口是一种在人或动物大脑与外部设备之间创建的连接通路。今年恰逢脑机接口概念提出50周年，随着人机交互时代加速到来，业界人士纷纷整装盘点再出发。

　　目前这一领域具体发展到了哪一步？商业化落地情况如何？发展中面临哪些问题和挑战？就此类问题，《环球》杂志记者采访了清华大学长聘教授、中国脑机接口“华瑙奖”卓越学者奖获得者高小榕，南开大学人工智能学院教授段峰，科普作家、华中师范大学副教授王欣，中科院工程序列任职资格评审委员会主任、北京东方通科技股份有限公司首席科学家谢耘。

50年发展关键词

　　《环球》杂志：今年是脑机接口概念提出50周年，如何评价其总体发展情况？

　　高小榕：脑机接口目前已经从科学研究、科学论证走到了技术爆发的阶段。可以用几个词来概括，一是脑电，1924年脑电图之父、德国精神病学家汉斯·贝格尔首次记录到人类脑部的电信号活动，将其命名为脑电波；二是电极，这是与大脑接触的传感器；三是I3模型，即“接口、交互与智能”，这也是脑机接口发展的三个阶段，目前基本是从交互往智能发展的阶段；四是范式，即脑机接口的操作模式。

　　脑机接口有三大主流范式，最早提出的叫P300范式，在大脑中对外界刺激有一个新奇反应，如果这个刺激能引起大脑的好奇或注意，能在刺激出现后的300毫秒左右从脑电中检测到这个信号，实现脑机接口；第二个是想象运动，就是受试实际操作，直接去想，如想象左手运动、右手运动、舌头运动，计算机就能区分出来从而实现操作；第三大范式是稳态视觉诱发电位，即被试注视一个按照固定频率在闪烁的目标时，可在脑电里检测出相应的频率信号，通过这个虚拟按键实现设备操作。除了这三大范式，目前实际上已经发展出了几十个范式，比如情绪认知、身份识别等，它们都是在这三大范式基础上发展起来的。

　　段峰：从最开始即脑电波、α波和β波被发现的1924年，到1970年之前，是学术探索阶段；1970年到2000年左右是科学论证阶段；2000年以后尤其是2014年世界杯上人通过控制机械外骨骼开球，到了应用推广的阶段。传统脑机分为侵入式（有创）和非侵入式（无创），我们现在做的，不是侵入式也不是非侵入式，而是在血管内采集脑电信号，是介入式。总体上，脑机接口发展正处在突破壁垒的过程当中。

　　王欣：目前脑机接口技术无疑有了长足发展，也可望治疗各种感觉障碍、运动障碍等疾病，但涉及人脑高级机能的病的治疗，可能还需要相当长的时间。另外，它也不可能像科幻小说里面那样控制人类的思维，无论从技术还是伦理看，这都是不可能实现的。这个领域不应炒作。

　　谢耘：整体看脑机接口的应用会有很大的局限，人脑是一个具有高度弹性、在不断变化的有机体，与基于刚性逻辑的物理系统只能做很有限的连接。

　　《环球》杂志：与脑机接口相关的技术、产业主要有哪些？哪些因素决定着脑机接口发展的快慢？

　　高小榕：脑机接口是一个多学科交叉的领域，主要分三大块：一是材料科学，要把电极装到大脑里面，电极必须非常柔软，而且跟脑组织有较好的兼容性，能够很亲密地跟大脑结合，不伤害大脑；二是信息领域，一个是器件，做出专用的芯片，另一个是软件，即找到把大脑信息解读出来的算法；三是医疗应用领域，这是脑机接口的主要应用领域。一定程度上来说，医疗领域的应用决定着脑机接口发展的快慢，它与很多学科相关，综合性强。

　　段峰：除了医疗，军事、教育、心理学等领域的应用也正在增多。脑机接口发展的快慢取决于很多因素，比如，国家方面的支持，产业资金投入和市场的培育等，还需要人工智能（AI）、计算机等领域的大量技术开发人员围绕脑机需求开展相应研究。实际操作层面，一定先要有一个点取得突破，否则就是原地打转。另外也需要有一些不一样的尝试，比如说抛开传统的侵入和非侵入方法，做一个全新的东西。

　　谢耘：对脑机接口影响最根本的还是对大脑工作机制的理解，在这方面人类研究进展一直不大。科学界把大脑称为最大的几个科学黑洞之一。

研发应用逐渐增多

　　《环球》杂志：目前有创式和无创式大致是什么情况？近年来脑接口领域有哪些重要进展？国内有哪些亮点或看点？

　　高小榕：在医学领域，可根据有关评估采用有创方法。如果给一个正常人大脑里放东西，首先要过伦理关。目前大体上有创脑机接口约占15%，无创占85%，比如应用在教育、娱乐等领域，基本上是无创的。有创在安全性上有更多风险和伦理限制，但在理论上其能够更精细地采到神经电位。未来趋势是有创和无创的融合。

　　谈到取得重要进展，一是研究者已经给渐冻症患者和截瘫病人接入了脑机接口，他们借此可进行有关设备操作；二是已经可以实现语言解码，即提取一些脑神经信号，可实现部分语言的传递，即不能完全自主说话但能够猜出大概意思；三是微创电极的探索，比如把电极放置在血管里或者植入颅骨以下，但没有侵入到大脑皮层，这种微创技术正在发展；四是可穿戴的脑机接口技术进步到已可以在耳内隐秘地实现脑机接口；五是高通量的脑机接口技术取得发展，“神经连接”公司宣布已获美国食品和药物管理局批准开展人体试验，说明侵入式脑机接口安全性有了更多保障。

　　国内脑机接口目前几乎和美国是同步发展，虽然我们起步晚一些。中国脑机接口的特点是无创脑机接口比较普及，做得比较多。而且中国已经是一个脑机接口研究大国，从2019年开始中国脑机接口文章发表数已超过美国，位居世界首位，但文章影响力还需提升，以及提高引用率。另外，中国每年有一个世界最大规模的脑机接口大赛，这是技术赛和技能赛合二为一的一个比赛。

　　王欣：从效果看，有创的脑机接口精度更高，更具优势。近年来最重要的脑机接口进展应该是“神经连接”公司的“神经织网”技术。它植入的电极比以往的电极更细，更易于插入到大脑的指定位置。该系统还包括一个能够更好地读取、清理和放大脑信号的定制芯片。脑机接口涉及信息科学、材料科学、电子工程科学等多个领域，中国在某些领域已进入世界领先行列。

　　谢耘：从实用的角度来看，无创更有前途一些。

2014年6月14日，“纯意念控制”人工神经康复机器人“神工一号”系统新闻发布

会在天津市人民医院举行，图为当天技术人员在为中风偏瘫的董姓患者调试相关设备

　　《环球》杂志：全球范围内脑机接口企业发展状况如何？怎样评价马斯克的“神经连接”公司？

　　高小榕：脑机接口企业分三大类，一类叫“原住民”，他们一开始就做脑机接口；一类是“移民”，在别的领域做得很好或做相近领域的研究如医疗仪器、电子设备等，转型开始做脑机接口了；还有一类，大厂空降“大神”，像马斯克这类，他突然认为脑机接口非常重要了，就招兵买马开新局。这三类企业都在迅速发展，特别是马斯克的“神经连接”公司已达到约50亿美元的估值。这个公司还是很有特色的，首先其脑机接口是无线高通量的，放上千个电极，我们一般的脑机接口是几十个电极，最多一两百个。如果其真能把这个领域做得很可靠很好，那确实是人类一个很大的进步。

　　段峰：我觉得“神经连接”公司有点言过其实，有炒作、吹嘘成分，它采用的是侵入式技术，需要在猴子脑袋上钻一个洞，虽然其最终实现了让猴子们在电脑上玩游戏或者打字的目标，但遗憾的是23个实验猴过半已死亡，该公司也因涉及违反《动物福利法》被调查了。我认为能用其他方式替代，就尽量不要用侵入式。商业化发展最关键的还是技术本身的安全性，另外就是人的相关需要。

　　王欣：如果算上人工耳蜗这样的脑机接口，那么相关企业发展还可以，只要有足够的资金就可以获得相应产品。虽然目前也有机械臂等产品，但品种真的不多，受众主要是残障人士。马斯克的“神经连接”公司，三分实力，七分炒作吧。

直面挑战谨慎前行

　　《环球》杂志：脑机接口是群山之巅，也是风口浪尖。如何评价其在科学丛林乃至人类未来发展中的地位？

　　高小榕：脑机接口概念提出50年，头40年的驱动力都是医疗驱动力，近10年是人工智能带来的驱动力。AI的信息交流速度非常快，如何弥补人与AI交流的鸿沟，我们现在想到的出路是直接解读大脑的神经信息，实现人与计算机的交流。因此可以认为，脑机接口是未来不可或缺的硬核技术。也有一个观点是，我们必须发展脑机接口，才能给AI做一个缰绳，以防其失控或异化。

　　段峰：脑机接口未来将进入人类生活各个方面，改变人的很多甚至所有特定习惯，这是一个客观情况。当然也要看介入式脑机接口发展得如何，顺利的话3到5年就可以促成这种改变了。保守估计，差不多10年到20年。

　　王欣：脑机接口用得好可以造福人类。如果像科幻小说里面那样畸形发展，只会使人类社会变得光怪陆离。

　　谢耘：脑机接口被夸大了，不仅当前能做的事情被夸大，未来前景也被过分夸大了。

　　《环球》杂志：脑机接口、数字永生、元宇宙等常常被一起讨论，对此如何看待？普通人距离真实可感的“意念交流”还有多远？

　　高小榕：有必要提到显示技术，随着显示技术的进步，屏幕可以放到眼镜上了，可实现多人多屏，屏幕互相连通，最典型的应用就是元宇宙，元宇宙就是多人多屏的一种形式。多人多屏时，脑机接口交互技术可能是不可或缺的。目前元宇宙出现了低潮区，关键原因之一就是有关技术未跟上。

　　元宇宙要想工作，必须实现四个联接，一是互联；二是价值的联接，依靠区块链技术；三是境联，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）为技术支撑；四是灵联，即数字替身如何与物理人的意识进行联接，灵联主要依赖脑机接口。现在在元宇宙里，前三个“联接”技术发展得还可以，唯独第四个不能匹配眼镜，这就把多人多屏的交互技术变成了一人一屏，因此就退化了。如果脑机接口发展起来，能极大地帮助元宇宙进一步健全发展。意念交流和我说的灵联有一定相似度，所以我认为意念交流未来是可期的。

　　段峰：我觉得类似这些都是在炒概念。比如元宇宙，它跟脑机接口没有直接关联。我觉得还是要踏踏实实做一些事儿，没必要为了所谓的概念性创新来做这个工作，这些东西离真正的工程需要和工程技术能达到的水平，都还差得很远。

　　有关复杂意念交流，很多人在偷换概念。什么叫意念？意念就是心中所想，但实际上现在的脑机技术没有到读心术这个层级上，很多都是用运动脑区的信号和视觉诱发的信号来实现的一个过程，这些属于条件反射，和意念不是一码事。通过脑机接口实现意念交流等属于想当然。

　　谢耘：目前离意念交流还很遥远，因为人类对大脑的认知还非常肤浅。目前关于脑机接口、数字永生、元宇宙等掺杂了很多商业操作因素，不是从严肃的科学与技术的角度在理性地分析判断。

　　《环球》杂志：面对脑机接口的研究和应用，相关争议的焦点是什么？脑机接口领域发展面临的主要挑战有哪些？

　　高小榕：第一个争议是路线之争，即有创还是无创，我觉得不管有创无创，就像爬喜马拉雅山，有南坡和北坡，最后大家都到山顶了。此外，还有伦理争议。挑战主要来自三个方面，我称其为“MBI”，M是材料科学，B是生物科学，I是信息科学。具体说，必须要能找到特别合适的材料可以往大脑里放，信息的压缩、编码、解码等也很难。

　　段峰：争议主要就是安全性问题和有效性问题。比如做侵入式脑机，很多脑机信号有可能会变成人的DNA、指纹等，带有生物特征，可能会反向控制脑神经。这些都是需要考量的。

　　王欣：目前争议的焦点主要是马斯克的预言能否实现，他认为脑机接口使人和机器合二为一。

　　谢耘：核心挑战在于如何将人类的意识活动与大脑的物理过程准确地对应，并且根据大脑的动态变化做相应的调整。

　　《环球》杂志：请对脑机接口的未来景象做个展望。为更好地促进脑机接口发展，你有何建议？

　　高小榕：脑机接口出现以后，面临很大的伦理层面的挑战，影响到社会生活多个方面。我们要尽可能确保脑机接口不会破坏公平性等社会关切，现在业界也在做这些事情。

　　段峰：脑机接口的发展慢慢可能会产生一些特殊影响，如重塑大脑等，但现阶段谈这些为时过早。要警惕有些人可能在造一些新概念来博眼球。总体而言我觉得脑机接口的未来是光明的，只要路线别走错了，也不再纠结于哪条路线，把事情做好最关键。

　　王欣：我认为脑机接口不可能重塑大脑、重塑人，伦理不允许，科技难做到。目前在各国计划中脑机接口都是用来治疗疾病的，没有健全人愿意植入电极。说到“技术独裁”、反噬人类等，这些太科幻了。

　　我建议大家多上正规的网站获得资讯，比如中国神经科学学会网站，或者科普中国等平台，不要被科幻弄得晕晕乎乎的。科幻会使人们对前沿科学的认知产生偏差，有一定水平的科学素养，就不会有那些不切实际的担忧。谈到危机意识，目前生态安全才是最大的威胁。

　　谢耘：脑机接口离大规模的有效应用还有很远的距离。我觉得应该尊重科学，按照科学技术的规范去探索，而不是陷入商业炒作与幻觉中。

来源：2023年8月9日出版的《环球》杂志 第16期

《环球》杂志授权使用，如需转载，请与本刊联系。

更多内容敬请关注《环球》杂志官方微博、微信：“环球杂志”。