腦機(jī)接口并不神秘
走進(jìn)李驍健的實(shí)驗(yàn)室，各種零件、設(shè)備、工具滿滿當(dāng)當(dāng)。比起科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，這里更像一個(gè)工程實(shí)驗(yàn)間。其中，頭頂接有一個(gè)小盒子外設(shè)的玩具猴引人注目。李驍健說(shuō)，這是團(tuán)隊(duì)對(duì)比真實(shí)實(shí)驗(yàn)猴制作的演示道具。
腦機(jī)接口，本質(zhì)上是在人或動(dòng)物的腦與外部設(shè)備間，創(chuàng)建用于信息交換的連接通路。根據(jù)采集信息方式的不同，分為植入式和非植入式兩種。其中，植入式即將傳感器植入腦內(nèi)，可獲得高質(zhì)量的神經(jīng)信號(hào)，并利用電流讓計(jì)算機(jī)和腦細(xì)胞產(chǎn)生“互動(dòng)”;而非植入式只需戴上“腦電帽子”，通過(guò)無(wú)創(chuàng)的經(jīng)顱電刺激，來(lái)達(dá)到一定的信息傳遞效果。
李驍健團(tuán)隊(duì)專注于植入式腦機(jī)接口的研究。他向記者詳細(xì)展示了實(shí)驗(yàn)中涉及到的各個(gè)模塊，“腦機(jī)接口并不玄幻，只是技術(shù)鏈比較長(zhǎng)。”
首先，將傳感器植入對(duì)應(yīng)的腦區(qū)中，為使采集到的信息達(dá)到一定精度，傳感器數(shù)量可以達(dá)到成千上萬(wàn)個(gè);在采集到神經(jīng)信號(hào)后，由連接著的芯片和電路進(jìn)行預(yù)處理，放大神經(jīng)電信號(hào)并處理掉干擾信息，轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào);接下來(lái)，分析采集到的信息，進(jìn)行解碼;然后通過(guò)再編碼，形成效應(yīng)器控制指令，比如控制機(jī)械臂給自己端一杯咖啡，或?qū)崿F(xiàn)意念打字;此時(shí)感知到的執(zhí)行信息再反饋給大腦，用來(lái)確定后續(xù)的任務(wù)。
“這其中涉及到從腦到機(jī)和從機(jī)到腦兩個(gè)過(guò)程，難點(diǎn)包括判斷哪個(gè)腦區(qū)負(fù)責(zé)哪些信息、如何讓成千上萬(wàn)個(gè)傳感器同時(shí)工作、如何讓植入對(duì)大腦的損傷盡可能小，反饋給大腦的信息如何盡量還原為真實(shí)感知等。”李驍健告訴記者。
“超級(jí)大腦”或許可行
事實(shí)上，最近的腦機(jī)接口界可謂十分熱鬧。
今年4月，馬斯克的Neuralink公司在猴腦中植入腦機(jī)接口，讓其意念玩電子游戲。5月，頂級(jí)期刊《科學(xué)》刊登了斯坦福大學(xué)的最新成果，大腦中植入了腦機(jī)接口的癱瘓患者，實(shí)現(xiàn)了意念寫字。
“這兩項(xiàng)成果都是典型的應(yīng)用示范，”李驍健說(shuō)，“在相關(guān)技術(shù)達(dá)到一定積累的時(shí)候，科學(xué)家們開始尋找具體的應(yīng)用，在這個(gè)過(guò)程中讓技術(shù)進(jìn)一步完善。”
比如在斯坦福大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，科研人員遇到一個(gè)難題：患者的手已經(jīng)癱瘓十多年，他的大腦還“記得”用筆寫字這一神經(jīng)活動(dòng)嗎?最終，團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種被稱為數(shù)據(jù)增強(qiáng)的方法，在神經(jīng)活動(dòng)模式中引入人為變化來(lái)拓展訓(xùn)練數(shù)據(jù)，最終模仿人類大腦中產(chǎn)生的自然變化。
在斯坦福大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，患者脊髓中控制運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元壞死，科學(xué)家通過(guò)讀取寫字這種運(yùn)動(dòng)在腦內(nèi)的神經(jīng)信息，重現(xiàn)了用手寫字的活動(dòng)。類似的，如果負(fù)責(zé)某些運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元壞死，也可以訓(xùn)練附近的神經(jīng)元來(lái)代替，而腦機(jī)接口是重要工具。
“如果‘腦洞’再大一些，人們可以通過(guò)腦機(jī)接口，訓(xùn)練塑造出此前從未出現(xiàn)過(guò)的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能形成‘超級(jí)大腦’。這會(huì)是神經(jīng)工程的變革性技術(shù)。”李驍健說(shuō)。
值得一提的是，對(duì)于Neuralink公司提出的腦機(jī)接口可實(shí)現(xiàn)記憶的下載和上傳，業(yè)界先驅(qū)米格爾·尼克萊斯利曾在騰訊WE大會(huì)上表示，“過(guò)于玄幻，‘數(shù)字永生’也并不存在。”
深圳技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)
雙光子顯微鏡、神經(jīng)擬態(tài)的柔性電極陣列、光驅(qū)動(dòng)神經(jīng)遙控技術(shù)……李驍健主持和參與研發(fā)的新技術(shù)、新設(shè)備著實(shí)不少。他表示，這些都是為研究和發(fā)展腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)的工具。
“腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，其中又涉及生物學(xué)、神經(jīng)學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子工程等多門學(xué)科，有效的工具必不可少。”李驍健說(shuō)。他特別提到在深圳從事這一研究的優(yōu)勢(shì)：深港的腦科學(xué)領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)，而深圳的智能制造業(yè)發(fā)達(dá)。團(tuán)隊(duì)自己設(shè)計(jì)的零件和樣機(jī)，大都在深圳可以找到訂制廠家。上午送去樣圖，一兩天就能拿到實(shí)物，這在別的地方是做不到的。
盡管團(tuán)隊(duì)已打通全技術(shù)鏈，甚至做出了和Neuralink系統(tǒng)帶寬同級(jí)別的腦機(jī)接口裝置，但李驍健也承認(rèn)目前的一些關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)際水平相比，還有一定差距。比如Neuralink的高密度傳感器只有頭發(fā)絲的1/4，定制的神經(jīng)芯片比人的指甲還小很多。“我們目前也在朝設(shè)備微型化的方向努力，只有設(shè)備越來(lái)越小，直至看不出來(lái)，腦機(jī)接口才有大規(guī)模應(yīng)用的可能。”李驍健說(shuō)。
談及具體落地應(yīng)用，他認(rèn)為有三個(gè)主要方向。第一是神經(jīng)疾病治療和神經(jīng)系統(tǒng)替代，比如癱瘓患者的“腦控假肢”，甚至脫離外掛機(jī)械，實(shí)現(xiàn)自主神經(jīng)修復(fù)。第二是神經(jīng)調(diào)控，用于干預(yù)某些精神類疾病可能引發(fā)的危險(xiǎn)行為。事實(shí)上，人腦的決策往往比實(shí)際行動(dòng)要快幾秒鐘，而腦機(jī)接口可以在獲取神經(jīng)系統(tǒng)的危險(xiǎn)決策后，在人付諸行動(dòng)前將其阻止，當(dāng)然其中涉及到倫理安全問(wèn)題。第三是跨越感官進(jìn)行交流，這是人類較高層次的對(duì)信息的訴求。馬斯克在初建Neuralink時(shí)也提到，人類需要突破主要依賴眼睛和嘴巴收發(fā)信息的瓶頸，以更高效的形式，生活在未來(lái)的信息世界中。
