脑机接口：科幻照进现实

　　梦想家总是惊艳世界。近日，埃隆·马斯克的SpaceX火箭成功发射载人龙飞船，开启私人火箭商业载人航天时代，而他的另一个梦想——“脑机接口技术可能5年内让人类语言失去意义”，虽听起来“惊悚”，却很令人期待。
 
　　埃隆·马斯克在近日的一档访谈节目中透露了他旗下公司Neuralink开发的侵入式脑机接口或将在1年内在人类大脑中完成植入，原则上可以修复任何大脑问题，包括提升视力、治疗癫痫和阿兹海默症等。无独有偶，今年年初，我国完成了国内首例植入式脑机接口临床研究，让高位截瘫患者实现了用“意念”控制机械臂喝可乐、吃东西，而国内外更多非侵入式的脑机接口技术开始应用在医疗康复、注意力训练、娱乐及商业活动等领域。
 
　　不需要说话，用“意念”控制设备，已经不是科幻故事，像阿凡达、X-Men那样和机器人结合，打造超级人类，也并非没有可能，脑机接口将如何打开个人与机器、人与环境共融的时代？
 
　　侵入还是非侵入技术
 
　　脑机接口技术最早由美国南加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔（Jacques Vidal）教授于上世纪70年代提出。浙江强脑科技有限公司（下称BrainCo强脑科技）有关负责人向记者介绍，目前在脑机接口技术领域存在两个流派：一是以哈佛、麻省理工、布朗大学等美国东部的大学或学院所主张的“非侵入式”，即通过外置设备来获得大脑不同区域电流活动，间接获取大脑皮层神经信号；另一派是美国西部科技公司主张的“侵入式”，即将接口植入到颅腔内，来接收神经元信号。
 
　　非侵入式脑机接口系统通过外置设备捕捉脑电信号，将电信号处理后用于控制电子设备，具有信息种类多、反应速度快等优势。目前，被Facebook收购的CTRL-Labs实现了捕捉肌电信号与脑电信号结合，用于笔记本电脑控制，能够在不作出任何动作的情况下实现基础的鼠标、键盘操作。此外，非侵入式接口还能够对用户进行神经反馈训练，通过强化某一频段脑电波达到增强反应的目的。该技术已经被美国军方用来训练士兵的认知和决策能力。
 
　　侵入式脑机接口系统主要通过向大脑植入电极阵列、提取神经信号的电信号来实现，这是一个双向系统，在提取神经信号之外，也可以对神经系统特定区域进行刺激，从而帮助受到神经损伤的患者进行康复。早在2006年，年仅26岁的美国青年Matthew Nagle因脖子受伤，肩膀以下身体毫无知觉，成为第一个在大脑中植入脑机接口的人。Nagle通过脑机接口系统，可用“意念”控制电视、电脑甚至机器人。2019年7月，埃隆·马斯克宣布NeuraLink已经研发出脑机接口解决方案“升级版”，它的材料更柔软，损害性更低，还能实现单个神经元监测，提高信息传输带宽等功能。
 
　　事实上，非侵入式与侵入式两派之间一直存在争论。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院李阳教授认为，侵入式采集脑电信号，需要在临床大夫参与下完成手术，技术难度大、精度要求高，有一定风险，所以应用范围受限，但是信号采集与识别效果会比头皮非侵入式好很多；非侵入式采集虽然信号质量和效果弱于侵入式设备，但因其操作简便、无创伤等优势，具有十分广阔的前景。BrainCo强脑科技上述负责人则认为：“非侵入式的方案，相当于在一个房间的外部安装一个窃听装置，通过技术手段减少噪音与干扰之后，还原讲话的声音；侵入式的方案，目的是为了拿到本源信号，但之前先要在墙上砸一个洞，把本源信号的环境也破坏了。”
 
　　两个技术流派的竞争在专利数量的变化趋势上也得到了验证。国家知识产权局2019年专利分析普及推广项目新一代混合增强智能技术课题组对脑机协作的人机智能共生技术进行专利分析后发现，在脑电信号采集与处理方面，全球范围内，侵入式信号采集技术在初期专利申请量较高，近年研究热度呈明显的下降趋势，而非侵入式信号采集和信号处理技术的专利申请量呈明显上升趋势，尤其是信号处理分支已经成为专利申请量占比最高的技术分支，未来该技术分支或将成为新的研究热点。
 
　　国内外发展趋于一致
 
　　脑机接口技术的发展，涉及脑植入设备的材料研发、非侵入式可穿戴便携系统的设计、模式识别技术的提高，以及神经科学、认知科学、心理学等多门学科。目前，国内研究机构和公司在非侵入式和侵入式脑机接口技术的研发与应用上都取得了较大进展。
 
　　相对而言，国内非侵入脑机接口技术研究更为成熟。李阳教授研发的“意念控制转运床”是一种由人体大脑意识控制转运床动作的智能意念监测控制系统。它可以解析人脑意识，判别运动想象信号类型，进而控制转运床的运作。目前该技术已经在上肢偏瘫患者身上进行临床验证。
 
　　BrainCo强脑科技研发的智能假肢已经给多位截肢患者安装，并得到了较好的反馈。同时，公司基于脑机接口技术的神经反馈训练已应用于自闭症早期干预训练中。该公司上述负责人介绍，强脑科技近期还会推出帮助冥想爱好者更科学地进行冥想训练的头环产品以及帮助失眠患者快速入睡的产品。此外，博睿康科技在2017年推出了数字脑电图机和事件相关电位系统等设备，实现了脑电采集及分析等功能。
 
　　在侵入式脑机接口技术方面，国内较为领先的研究机构包括浙江大学、北京脑科学与类脑研究中心等。其中，2020年初，浙江大学求是高等研究院脑机接口团队与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作完成国内第一例植入式脑机接口临床研究，首次证明高龄患者可以植入式脑机接口控制机械臂。
 
　　浙江大学相关负责人介绍，该研究团队2014年的临床应用是在患者大脑皮层表面“盖”上一块电极片（皮层脑电电极），电极本身并未插入大脑皮层内部，属于开颅但不插入皮层的半植入式操作，不能检测到单个神经元的放电。这次是把微电极阵列直接插入大脑运动皮层里面，可以检测单个神经元细胞放电情况，获取更直接、稳定和丰富的信号。
 
　　与国外发展趋于一致，非侵入式脑机接口技术已经在医疗康复、教育培训、娱乐领域进入具体应用阶段，而侵入式脑机接口技术还仍处于临床试验阶段。中金公司研究部发布报告显示，短期来看，非侵入式脑机接口与AR/VR等技术相结合，可能成为键盘、鼠标、触摸屏之后下一代人机交互方式。长期来看，侵入式脑机接口能更准确地捕捉大脑信号，可帮助伤残人士恢复对肢体的感知，有望将非人类感知能力转变为人类感知能力，真正实现“硅基生物”和“碳基生物”融合，打造超强人类。
 
　　在大胆假设的同时，业内专家也在小心求证， 脑机接口技术的发展虽然在医疗等领域能为人类带来便利，但需要注意的是，这类技术有可能提供利用和操纵人的新方式，发生新的社会不平等现象。如何保障神经数据的隐私权、如何规范神经数据的所有权和使用权，如何进行适当的监督等，这一系列问题还有待解决。(本报记者 刘仁)

 
（编辑：蒋朔)
 
（中国知识产权报独家稿件，未经授权不得转载。）