邁向美麗未來

陳融雪

銀河系有千億顆恒星，人類大腦有千億級的神經(jīng)元。從宇宙大爆炸到人類大腦形成，150 億年間，人類大腦成為宇宙中最偉大的奇跡。如今，腦機接口架起人腦和人工智能之間的橋梁，或?qū)⒅匦露x人類未來。

按照中國信息通信研究院2023年12月26日發(fā)布的《腦機接口技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）》，腦機接口是指在有機生命形式的腦與具有處理或計算能力的設(shè)備之間，創(chuàng)建用于信息交換的連接通路，實現(xiàn)信息交換及控制。

2024年，美國的埃隆·馬斯克、我國的清華大學團隊和武漢黃立團隊競相宣告腦機接口技術(shù)最新突破。從1924年德國精神科醫(yī)生漢斯·伯杰（Hans Berger）發(fā)現(xiàn)人類大腦腦電波至今，人類探索腦機接口剛滿百年，我國研發(fā)者也走過了從被質(zhì)疑、轟下臺到迎來掌聲、爭相入局的25年。

如同推開一扇旋轉(zhuǎn)門，腦機接口將人類帶進未來，科幻電影中的讀心術(shù)、超能力，甚至數(shù)字永生，仿佛已觸手可及。

冷板凳“熱”了

在4月26日舉行的“2024中關(guān)村論壇丨腦機接口創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用論壇”上，清華大學長聘教授高小榕主持了“腦機接口應(yīng)用百花齊放”高峰對話，來自中科院、浙江大學、中國兵器工業(yè)集團、深圳微靈醫(yī)療、浙江強腦科技等的行業(yè)代表齊聚一堂，熱烈討論腦機接口的應(yīng)用和未來，整個論壇吸引了線上線下3萬多名觀眾共同參與。

高小榕坐了多年的冷板凳，終于“熱”了——25年前，他和高上凱教授帶領(lǐng)清華團隊爭取到IBM（國際商業(yè)機器公司）的資助項目，開發(fā)出“殘疾人也能用的電腦——眼控鼠標”，成為中國最早開展腦機接口研究的學者。

“項目要求必須是世界首創(chuàng)技術(shù)，我們就開發(fā)了一個四目標穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦響應(yīng)接口。但那時我們不知道，這就是腦機接口?！痹谇迦A大學神經(jīng)工程實驗室會議室，高小榕接受《瞭望東方周刊》采訪時說。

他們的項目被美國航空航天局（NASA）看到，并應(yīng)邀參加了2002年的第二屆國際腦機接口會議。在這次會議上，清華團隊參加了5個比賽，拿了3個第一，“斷崖式領(lǐng)先，一炮打響”。

然而，當高小榕雄心勃勃地回到國內(nèi)申請課題，談起“腦機接口”時，卻被當作違反唯物主義的“偽科學”轟下了臺。

“直到2008年，我們的團隊在中科院院士李衍達的支持下才拿到國家項目——300多萬元的‘視聽覺計算專項重點基金，但這仍是一個被懷疑被冷落的領(lǐng)域?！备咝￠呕貞?，2017年，他和一些哲學專家在清華科技園對陣，討論腦機接口中的物質(zhì)和意識，中途有一半人退場。

就在這場對陣的前一年，遠在大洋彼岸的美國太空探索技術(shù)公司（Space X）和特斯拉（Tesla）的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克 （ElonMusk）沒有試圖說服任何哲學家，他受科幻小說家伊恩·班克斯 （Iain Banks） 啟發(fā)，成立“神經(jīng)連接” （Neuralink）公司，開始研發(fā)植入式腦機接口。

為何進軍腦機接口？2017年，馬斯克發(fā)表了一篇長文解釋——如果人類不想被人工智能拋在塵埃中，就要設(shè)法實現(xiàn)在人類之間以及與計算機之間更快的溝通，比如能夠立即從云端訪問和吸收知識，將圖像從一個人的視網(wǎng)膜直接輸入另一個人的視覺皮層，創(chuàng)造從紅外視力到高頻聽力的全新感官能力……最終，人類與人工智能融為一體。

先驅(qū)探索

人類對腦機接口的探索已有百年。

高小榕說，從1924年德國精神科醫(yī)生漢斯·伯杰發(fā)現(xiàn)人類大腦腦電波到1973年，這段時間基本屬“科幻階段”；1973年之后，腦機接口經(jīng)過了15年科學論證、15年學術(shù)研究和20多年技術(shù)發(fā)展，2016開始進入技術(shù)爆發(fā)期。

1924年6月，漢斯·伯杰在一名17歲顱骨缺陷的病人頭皮上，記錄到電流計鏡面的微小振動，而這個極微小的電流，正是人類歷史上第一次記錄到人腦電活動。

1969年，德裔美國神經(jīng)學家埃伯哈德·費茲（Eberhard Fetz）設(shè)計了一個獎勵游戲，將猴子大腦中的神經(jīng)元連接到儀表盤。當神經(jīng)元被觸發(fā)，儀表盤指針轉(zhuǎn)動，猴子得到果汁獎勵，完成了人類歷史上第一個腦機接口實驗。

1973年，加州大學洛杉磯分校計算機科學家雅克·維達爾（Jacques J. Vidal）率先使用“腦機接口”來形容一個可以將腦電信號轉(zhuǎn)化為計算機控制信號的系統(tǒng)，并給出了沿用至今的標準定義。

1978年，美國視覺腦機接口領(lǐng)域的先驅(qū)威廉·多貝爾（William Dobelle）在一位男性盲人杰瑞（Jerry）的視覺皮層植入了68個電極構(gòu)成的陣列，眼鏡上裝置的一個小型照相機將信號發(fā)送到一臺計算機以解碼，成功制造了光幻視（又稱眼內(nèi)閃光，是視網(wǎng)膜受到刺激時產(chǎn)生的感覺）。

2023年8月16日，北京，清華大學長聘教授高小榕在2023世界機器人博覽會上介紹基于腦電的腦紋識別系統(tǒng)

群星閃耀百年，最令高小榕敬佩的，要數(shù)美國埃默里大學的神經(jīng)科學家菲利普·肯尼迪（Philip Kennedy）。

1998年，菲利普·肯尼迪成功地將腦機接口裝備植入中風老兵約翰尼·雷（Johnny Ray）的腦內(nèi)。手術(shù)前，約翰尼·雷除了臉部和肩膀能輕微抽搐外，其他地方都癱瘓了，只能用呼吸機來維持生命。手術(shù)后，他可以通過抖動肩膀觸發(fā)鼠標點擊，從屏幕鍵盤上選擇字母，并慢慢拼出單詞。

這是人類首次通過腦機接口實現(xiàn)交流，菲利普·肯尼迪因此被奉為“賽博格之父”。但他并不滿足，想要走得更遠——2014年，這位“瘋狂”的科學家自掏腰包聘請一名神經(jīng)外科醫(yī)生，鋸開自己頭蓋骨，植入一組神經(jīng)電極，以研究人員和實驗對象的雙重身份在腦機接口之旅上恣意馳騁。

當?shù)貢r間2014年6月12日，巴西圣保羅競技場，2014巴西世界杯開幕式，截癱青年為世界杯開球

突破時刻

菲利普·肯尼迪“腦洞大開”的2014年，是一個重要年份。

這一年的巴西世界杯上，一個叫平托的癱瘓青年經(jīng)過六個月訓練，身披美國杜克大學醫(yī)學院神經(jīng)生物學教授米格爾·尼科萊利斯研發(fā)的“機械戰(zhàn)甲”，用意念開出第一球。這備受矚目的一刻，被稱為腦機接口的“阿波羅登月”時刻。

“也是在這一年，浙江大學團隊首次在癲癇患者顱內(nèi)植入半侵入式腦機接口，基于皮層腦電信號，患者通過意念控制機械手完成了‘石頭、剪刀、布 猜拳手指運動?！闭憬髮W南湖腦機交叉研究院常務(wù)副院長王躍明接受《瞭望東方周刊》采訪時說，腦機接口是生命科學和信息技術(shù)深度交叉的前沿技術(shù)，需要神經(jīng)科學、計算機、機械設(shè)計、柔性材料、微電子、生物醫(yī)學工程等多學科人才支撐，才能協(xié)同創(chuàng)新。

2016年開始，腦機接口技術(shù)密集爆發(fā)。在天宮二號和神舟十一號載人飛行中，天津大學明東團隊與中國航天員中心合作完成人類首次太空腦-機交互實驗，實現(xiàn)靜默交流。

同年12月，高小榕的浙江大學校友、美國明尼蘇達大學的賀斌團隊在沒有大腦電極植入的情況下，利用頭皮腦電實現(xiàn)了控制復(fù)雜三維空間中的物體，包括操縱機器臂抓取、放置物體和控制飛行器飛行。

2018年，高小榕團隊為漸凍癥患者王甲設(shè)計了一套中文輸入的視覺腦機接口系統(tǒng)。在中央電視臺的《挑戰(zhàn)不可能》節(jié)目中，王甲成功完成詩句朗誦的挑戰(zhàn)任務(wù)。

高小榕向本刊記者回憶，第一次在王甲家里給他裝上腦機接口時，他打出的第一句話是：“我是身體上的弱者，但是精神上的強者”。

2019年7月，馬斯克召開發(fā)布會，宣布“神經(jīng)連接”公司在腦機接口技術(shù)上獲重大突破——他們研發(fā)了一套腦機接口系統(tǒng)，利用神經(jīng)手術(shù)機器人可以在腦部28平方毫米的面積上植入96根直徑只有4至6微米的“線”，總共包含3072個電極位點，可直接通過USB-C接口讀取大腦信號。與以前的侵入式電極相比，新技術(shù)不僅對大腦損傷更小，通道數(shù)更多，穿戴也更加美觀。

2020年，浙江大學腦機接口團隊與浙大附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科合作，完成國內(nèi)第一例植入式腦機接口臨床研究。時年72歲的高位截癱患者利用大腦運動皮層信號，精準控制外部機械臂與機械手，實現(xiàn)了握手、喝可樂、打麻將等動作。

2023年10月24日，清華大學醫(yī)學院教授洪波帶領(lǐng)團隊設(shè)計研發(fā)的無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO，在宣武醫(yī)院進行了首例臨床植入試驗。

與馬斯克的腦機接口不同，NEO系統(tǒng)采用無線微創(chuàng)設(shè)計，體內(nèi)機埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬膜外，植入不損傷大腦細胞；采用近場無線供電和通信技術(shù)，體內(nèi)無需電池。接受該手術(shù)的患者楊先生因車禍引起頸椎處脊髓完全性損傷，已四肢癱瘓15年。手術(shù)后第10天，楊先生出院，經(jīng)過三個月的居家腦機接口康復(fù)訓練后，他用“意念”驅(qū)動戴著氣動手套的手，自主拿起水杯喝水，還把小孫女抱進了懷里。

首富入新局

據(jù)麥肯錫測算，全球腦機接口醫(yī)療應(yīng)用的潛在市場規(guī)模在2030至2040年有望達到400億-1450億美元，其中嚴肅醫(yī)療應(yīng)用潛在規(guī)模在150億-850億美元，消費醫(yī)療應(yīng)用潛在規(guī)模在250億-600億美元，年復(fù)合增長率會在10%以上。

“目前，腦機接口還沒有真正的市場，但已有估值?！备咝￠耪f，海外腦機接口公司估值最高的是馬斯克的神經(jīng)連接公司——50億美元，中國也應(yīng)該有一家純腦機接口的公司上市。

湖北首富、武漢高德紅外股份公司董事長黃立應(yīng)有此心。3月8日，在十四屆全國人大二次會議第二場“代表通道”上，他宣布，已帶領(lǐng)武漢衷華腦機融合科技發(fā)展（以下簡稱衷華腦機）有限公司團隊成功研發(fā)出65000通道雙向植入式腦機接口系統(tǒng)。

黃立說，多年前，他參加一次會議時，看到前排坐著一位退伍老兵。老兵空著袖子，失去了雙手。當時，他的心頭跳出一個想法：能否有一種科技，可幫助這些肢體殘缺的人正常生活？

在《2023胡潤全球富豪榜》榜單上，黃立以250 億元財富排名第863位，衛(wèi)冕湖北首富。他和馬斯克一樣自帶“鈔能力”，不必像學術(shù)屆研發(fā)者那樣等待課題經(jīng)費；他旗下的上市公司武漢高德紅外股份公司更是長期深耕芯片領(lǐng)域，有著價值超40億元的芯片生產(chǎn)線。目前，衷華腦機已研制出數(shù)十種腦機接口“微針”，既可用于大腦，也可用于脊椎、眼球和四肢等，可實現(xiàn)腦機接口與其他部位的神經(jīng)接口雙向信號聯(lián)動。

本刊記者調(diào)研之際，黃立正帶領(lǐng)團隊緊鑼密鼓地跑進臨床。

“腦機接口是個‘哪吒，雖然目前還在嬰幼兒期，但它自出生就是要改變世界的。”天津大學副校長明東表示，目前我國已經(jīng)有多個省市明確提出支持腦機接口的研究和發(fā)展。他提醒，在腦機產(chǎn)業(yè)非常熱鬧的當下，從業(yè)者尤其要保持冷靜、理性與客觀的態(tài)度，不能提前透支社會對腦機產(chǎn)業(yè)的信心，防止泡沫化、炒作化，沉下來做好基礎(chǔ)原創(chuàng)的科研突破才是關(guān)鍵。

首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院神經(jīng)外科副研究員王長明亦有同感。他表示：“不同于科學家，臨床醫(yī)生必須‘熱心冷腦，幫科學家把好關(guān)，看技術(shù)的應(yīng)用場景是否真正符合臨床需求，而不是炒噱頭、熱點或概念?！?p>

2023年10月24日，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院趙國光教授團隊正進行無線微創(chuàng)植入腦機接口臨床植入試驗

腦機接口技術(shù)將面臨的倫理問題還包括：如何保證人們在使用腦機接口時，不被控制、不被干預(yù)？誰來決定誰能成為超人，或誰先成為超人？

時代已開啟

迄今，全球至少已有42人植入了腦機接口設(shè)備，世界各地至少有45項腦機接口實驗正在進行中。

“清華大學實驗室是世界上公布腦機接口數(shù)據(jù)最多的實驗室。能做到這一點，很重要的原因是我們每年舉辦腦機接口比賽，數(shù)千人的參賽數(shù)據(jù)都被記錄下來了?！备咝￠沤榻B，早在2010年，國家自然科學基金委員會主辦、清華大學承辦了第一屆中國腦-機接口比賽；2017年開始，該競賽與世界機器人大賽——BCI腦控機人大賽結(jié)合，改為國家自然科學基金委員會信息科學部、中國電子學會、清華大學共同主辦，且每年舉辦。

“技術(shù)迭代得太快了。30年前做腦電，需要把針插進去，避免頭動；現(xiàn)在，我們已研究出柔性入耳電極，入耳加熱后會貼合到耳內(nèi)壁上，旁人都看不見?！备咝￠拍闷痣娔X前的柔性入耳耳機對本刊記者說，“這樣的裝置不僅可以讓使用者意念打字，還可以讓監(jiān)管者知道你現(xiàn)在有沒有認真聽課（假設(shè)學習場景）。但這樣的功能可能侵犯隱私，是腦機接口要面對的重要倫理問題?！?/p>

腦機接口技術(shù)將面臨的倫理問題還包括：如何保證人們在使用腦機接口時，不被控制、不被干預(yù)？誰來決定誰能成為超人，或誰先成為超人？隨著腦機接口技術(shù)的發(fā)展，碳基和硅基的融合還將帶來何謂人類、何謂生命、何謂真我的終極拷問。

對此，尼科萊利斯早有所思，他在《腦機穿越》一書的最后，引用了盧比孔河的典故。公元前49年，尤利烏斯·愷撒統(tǒng)一高盧后，揮師南下，來到亞平寧半島盧比孔河的北岸。按照羅馬共和國當時的法律，任何帝國指揮官都不可以跨越盧比孔河進入羅馬，否則將視為背叛。然而，愷撒心意已決，高喊著“骰子已經(jīng)擲出”，渡過盧比孔河，邁上了締造羅馬帝國的征程。

腦機接口時代已經(jīng)開啟。

腦機接口百年歷程重大事件