腦機(jī)接口
——未來(lái)生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的主戰(zhàn)場(chǎng)

“意念手寫(xiě)”不再是科幻中的橋段。 《自然》雜志新近發(fā)布的一篇封面文章顯示，國(guó)外有研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)“意念書(shū)寫(xiě)”腦機(jī)接口，可實(shí)現(xiàn)讓受試者將腦中想象的“筆跡”轉(zhuǎn)為屏幕文本，準(zhǔn)確率超99%，而且受試者可達(dá)到每分鐘輸入90個(gè)字符的速度。一時(shí)間，關(guān)于腦機(jī)接口的討論又熱鬧起來(lái)。

相比地球上其他生物，人最強(qiáng)的是大腦，肌體反而較弱。腦機(jī)接口，是大腦和外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接通路，它既是神經(jīng)修復(fù)最有效的工具，是目前能完全解決癱瘓、中風(fēng)、帕金森等患者神經(jīng)功能受損的有效手段，也是全面解析認(rèn)識(shí)大腦的核心關(guān)鍵技術(shù)，是國(guó)際腦科學(xué)最前沿研究的重要工具。

腦機(jī)接口的核心是充分發(fā)揮人腦的優(yōu)勢(shì)，繞過(guò)人體自身器官，大腦直接與外界裝備進(jìn)行高效的互動(dòng)。其核心挑戰(zhàn)在于，如何在最低限度地?fù)p傷大腦和最大限度地利用大腦之間達(dá)到平衡。相比非植入式腦機(jī)接口，植入式腦機(jī)接口在神經(jīng)信號(hào)質(zhì)量和神經(jīng)調(diào)控精度等關(guān)鍵性能上有著天然的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)植入手術(shù)對(duì)大腦的創(chuàng)傷、植入器件長(zhǎng)期在體內(nèi)的安全性等問(wèn)題仍是當(dāng)前的研究瓶頸。

腦機(jī)接口將如何改變我們的生活？近的說(shuō)，它能直接修復(fù)運(yùn)動(dòng)感知功能，幫助高位截癱、漸凍人、失明病人恢復(fù)獨(dú)立生活和交流能力，回歸社會(huì)。2020年，浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)已利用Utah陣列電極實(shí)現(xiàn)了高位截癱患者用意念控制機(jī)械臂完成握手、飲水和進(jìn)食等動(dòng)作。未來(lái)，可發(fā)展其成為超越智能手機(jī)的腦機(jī)接口智能終端，未來(lái)的人們得以通過(guò)意識(shí)操控周?chē)脑O(shè)備，并賦予超越常人的耐力、速度、精度和效率。

環(huán)顧世界，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和臉書(shū)、谷歌、亞馬遜等商業(yè)巨頭都在積極地布局腦機(jī)接口領(lǐng)域，成果不斷地涌現(xiàn)，并已形成較高的技術(shù)壁壘。當(dāng)前，中國(guó)腦機(jī)接口（尤其是植入式腦機(jī)接口）的關(guān)鍵器件和高端裝備嚴(yán)重地依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)缺乏原創(chuàng)性腦機(jī)接口核心技術(shù)，跟蹤居多，布局分散、缺乏系統(tǒng)性。近兩年，美國(guó)對(duì)腦機(jī)接口進(jìn)行出口管制，系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品及核心器件的供應(yīng)受到不小的影響，對(duì)中國(guó)腦科學(xué)研究、神經(jīng)疾病患者治療等均產(chǎn)生不同程度的影響。

中國(guó)“腦計(jì)劃”，也即“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”作為“科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目”即將全面啟動(dòng)。隨著該計(jì)劃的推進(jìn)，腦認(rèn)知原理解析、認(rèn)知障礙相關(guān)重大腦疾病發(fā)病機(jī)理與干預(yù)技術(shù)研究、類(lèi)腦計(jì)算與腦機(jī)智能技術(shù)及應(yīng)用、兒童青少年腦智發(fā)育研究、技術(shù)平臺(tái)建設(shè)等都將取得不小的進(jìn)展。其中，腦機(jī)接口作為底層核心技術(shù)，關(guān)乎中國(guó)“腦計(jì)劃”幾乎所有的關(guān)鍵內(nèi)容。

中國(guó)的腦機(jī)接口研發(fā)，面臨幾大挑戰(zhàn)：1）安全性和有效性難以兼得，這一問(wèn)題的待解限制了腦機(jī)接口技術(shù)的大范圍運(yùn)用；2）腦機(jī)接口的有效帶寬，即到底植入多少個(gè)電極足以基本涵蓋大腦重要活動(dòng)或滿足特定功能需求，仍是一個(gè)未知數(shù)；3）海量神經(jīng)信號(hào)的處理仍是難題；4）社會(huì)普遍關(guān)注的腦機(jī)安全與倫理風(fēng)險(xiǎn)。

腦機(jī)接口作為人與客觀世界之間并非無(wú)懈可擊的中介，也存在被對(duì)手入侵甚至接管的風(fēng)險(xiǎn)，這在客觀上增加了人的決策的復(fù)雜性和不確定性，增加決策風(fēng)險(xiǎn)。此外，腦機(jī)接口技術(shù)的最終出口必將是應(yīng)用在人身上，而腦機(jī)接口要在人體上開(kāi)展臨床試驗(yàn)，根據(jù)國(guó)家法律法規(guī)，必須先過(guò)臨床倫理關(guān)，未來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也尚未可知。

不夸張地說(shuō)，腦機(jī)接口是下一個(gè)生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合（BTIT）的主戰(zhàn)場(chǎng)，代表了一種新興的、具有潛在破壞性的技術(shù)領(lǐng)域。作為一個(gè)系統(tǒng)工程，腦機(jī)接口包括軟硬多個(gè)組件，涉及微電子、神經(jīng)科學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人和臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，產(chǎn)學(xué)研醫(yī)交叉融合、環(huán)環(huán)相扣。

在高端科技中，筆者認(rèn)為，腦機(jī)接口是中國(guó)最有可能迎頭趕上甚至“直線超車(chē)”的領(lǐng)域之一。目前來(lái)看，在腦機(jī)接口核心器件的設(shè)計(jì)方面，中國(guó)完全不落后于國(guó)外，而且其加工只涉及成熟的半導(dǎo)體工藝，這些核心加工技術(shù)均不面臨被“卡脖子”的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，推進(jìn)腦機(jī)接口未來(lái)的發(fā)展，主要還是加快推進(jìn)資源調(diào)配等問(wèn)題，各個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同合作，研制出全鏈條自主可控的腦機(jī)接口系統(tǒng)，為中國(guó)“腦計(jì)劃”的全面開(kāi)展和順利推進(jìn)提供解決方案。