潮声丨脑机接口，会是人类继续进化的开关吗

　　如果有一个专业，是专门研究人类如何继续“进化”的，你会感兴趣吗？

　　今年秋季学期刚开始，天津大学便对外宣布，该校正式开设全国首个脑机接口专业并启动招生。目前，该专业首批招收的20名学生已由原专业转入脑机接口专业就读。

　　人类大脑，有数百亿个神经元彼此相连，复杂且精密，重量约3磅，也被科学家称为“三磅宇宙”。脑机接口技术聚焦“三磅宇宙”，处于人工智能、生物医学、神经科学等多学科交叉的前沿领域，预计未来10到20年的产业价值将达2000亿美元，妥妥的万亿产业，是全球竞逐的未来产业新赛道。

　　今年1月，工信部等7部门联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将“脑机接口”列入未来产业十大标志性产品，明确要“鼓励探索在医疗康复、无人驾驶、虚拟现实等典型领域的应用”。

　　高校开设脑机接口专业，恰恰瞄准了这片“万亿蓝海”。脑机接口的炙手可热，完全可以预料。

　　张大伯借助浙大二院植入式脑机接口技术控制机械臂进食。图源：浙江大学官网

　　如今，距离人类发明语言已有5万年，发明文字也有数千年，距离德国医生汉斯·贝尔格发现脑电波整整100年。脑机接口，能许你一个用意念直接交流的未来，甚至让“血肉苦弱”的人类得到某种程度的“机械飞升”。

　　足以革新未来生活的技术

　　如果在当前科研项目中评选“最科幻技术”，脑机接口必然榜上有名。

　　“脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）是在大脑与外部设备之间建立直接信息通路。”在天津大学医学院副院长杨佳佳看来，这将颠覆人机交互模式、革新人类生产生活方式，也是促进国防、医疗、教育等诸多领域未来产业发展的关键核心技术。

　　浙江大学脑机接口临床转化研究团队负责人之一、浙大二院神经外科副主任朱君明告诉潮新闻记者，科学家最初研究脑机接口技术的动力，来自于医疗领域，帮助那些因高位截瘫、肌萎缩侧索硬化、闭锁综合征等重度运动功能障碍患者，重建肢体运动、语言等功能。迄今脑机接口的最主要领域，也都是在临床康复实现高级脑功能重建。

　　朱君明认为，另一个更重要的研究目的，是把脑机接口当做探索大脑奥秘的研究手段。

　　“硅谷钢铁侠”马斯克。新华社/法新

　　近年来，人工智能技术的潜在风险浮现，很多有识之士都对此发出警告。马斯克说，人工智能是“关乎人类文明存亡的最根本风险”，而保持与机器智能同步的最好办法，是升级人类智能。

　　2016年7月马斯克创立了“神经连接”（Neuralink）公司。在2018年11月的一次采访中，马斯克说，该公司希望“重新定义未来人类的样子”，帮助人类“实现与人工智能的共生”。

　　据浙江强脑科技创始人兼CEO韩璧丞介绍，当前的脑机接口技术主要分为植入式和非植入式两大类。

　　非植入式脑机接口无需动手术，直接从大脑外部采集大脑信号。常用的非植入式信号有头皮脑电（EEG）、功能近红外光谱（fNIRS）和功能核磁共振成像（fMRI）等，其中以EEG最为常见。EEG通常由头戴脑电帽通过电极从头皮上采集。

　　植入式脑机接口需要通过手术在大脑中植入电极或芯片，记录大脑局部场电位、单个神经元的活动和多个神经元活动。植入式获取的大脑信号质量好，时间和空间解析度高，可取得比非植入式更好的性能。但因开颅手术风险较大，目前植入式在动物上应用较多，对人类的研究多限于瘫痪病人等特殊群体。

　　EEG设备。图源：新华社客户端

　　当前，非植入技术在日常生活中的应用比植入式更广泛。不过，做非植入式研究非常困难。“脑电信号的电压只有正负50微伏，相当于一节五号电池的百万分之一，就如同检测50公里以外一只蚊子煽动翅膀的声音，非常非常微弱。”韩璧丞表示，研发先进传感器去精准辨别混在浩瀚噪音里的信号，难度非常大。

　　虽然暂时无法市场化普及，脑机接口技术依然实现了一些应用场景，譬如意念控制、人工耳蜗、人造视网膜、字符输入、弹钢琴等，甚至可以识别人的情绪状态是开心、伤心、沮丧，用于监测人的疲劳值等等，堪称“读心术”。

　　毕业生就业前景广泛

　　当“万亿蓝海”的趋势已定，人才培养就被提上了议事日程。

　　新鲜出炉的天津大学脑机接口专业，由该校未来技术学院与医学院联合共建，汇集校内医学部、电气自动化与信息工程学院、微电子学院等优势资源，通过入校后二次选拔的方式招收学生。

　　“我们的选拔流程包括综合测试、专家面试等环节。选拔过程中，除了重视数学、物理及相关竞赛的成绩外，我们会重点关注学生的自主学习能力、解决问题能力、创新能力等多方面的综合能力与素质。”天大未来技术学院常务副院长原续波说。

　　天津大学脑机接口科研团队开展相关教学实验。图源：天津大学

　　2019年12月，国内首个“脑科学”本科专业在浙江大学成立。浙大医学院脑科学与脑医学学院下设生物学（神经生物方向）和临床医学（神经精神医学方向）两个本科专业，中国科学院院士段树民曾任该学院首任院长。

　　“脑科学是高度交叉融合的专业，需要数理化、计算机、信息学、生物学、医学、生物医学工程等领域的背景知识。”段树民说，从本科生阶段就给学生提供这些交叉学科教育训练，将为这些学生的脑科学研究的职业发展提供强有力的支撑。

　　“目前国内脑科学研究生的考生来源，主要是生物学和生物技术专业毕业的本科生，他们在本科生阶段几乎没有受到神经科学相关的知识教育，很不利于科研工作的开展。”段树民说。他注意到，在这些学生的入学面试时，大多数学生都显示了从小对脑科学的兴趣，但在本科生阶段没有他们能选择的专业。

　　作为国内学科最齐全的综合性大学，浙大近年来在脑科学的神经生物学、脑疾病机理、类脑和人工智能、脑机接口等领域都取得了突出成就。这些学科交叉优势，都将为学校开展脑科学和脑医学的本科生教育提供强有力的保障。

　　清华大学脑机接口技术实现患者脑控喝水。图源：央视新闻

　　杨佳佳认为，脑机接口专业的学生可以在脑机接口、医疗器械、人工智能、集成电路、智能控制等相关企业或研发机构，从事产品开发、设计、测试、生产等工作，也能在高校、科研院所、临床机构从事教学、科研或者管理工作，还可在政府机关从事与相关政策规划、标准制定、质量监管和社会服务等工作。

　　当然，学生也可以选择自主创业，成为满足国家与市场需求并创造社会经济价值的企业家。

　　“浙里”领跑全国多年

　　浙江很早便开始了“读心”的探索，脑机接口技术研发领跑全国。

　　早在2006年，浙江大学团队实现电极植入大鼠脑部的动物导航系统，让大鼠按照人的指令走迷宫。

　　2012年，浙大团队在猴子脑中植入微电极阵列，成功提取并破译猴脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子能意念控制机械手臂。

　　2012年2月，浙大研究组在猴子身上实现了大脑信号遥控机械手。新华社记者 韩传号 摄

　　2014年，浙大团队在人脑内植入皮层脑电微电极，实现意念控制机械手完成高难度的“石头剪刀布”手指运动，创造了国内第一。

　　2020年1月16日，浙大再次创造历史——求是高等研究院脑机接口团队与浙大二院神经外科合作，完成国内首例植入式脑机接口临床研究。72岁的张大伯用意念精准控制机械手臂，把油条、可乐送到自己嘴边，还能与医生握手，这在全球范围内也是领先的。

　　今年4月，该团队最新研究首次实现了植入式脑机接口控制机械臂书写汉字。离线状态下100个常用汉字正确率达91.3%，在语言模型辅助下，正确率提高至96.2%。要知道，人脑汉字的解码远比常规信号复杂多了。

　　张大伯靠意念操纵机械手臂与医生握手，其中左一为朱君明。浙大二院供图

　　如今，越来越多的脑机接口企业在浙江这片勃发的创业热土上，以破土之势迅速崛起，并且逐步壮大，走向国际舞台。

　　譬如强脑科技，是一个千里马巧遇伯乐的故事。2018年，在一次偶然的拜访中，杭州市敏锐地察觉到了哈佛大学脑科学中心韩璧丞团队研发仿生手的前瞻性，工作人员不远千里飞往美国与团队洽谈，给予政策与资金支持。同年12月，团队便回归祖国，在余杭未来科技城生根。

　　很快，2019年强脑科技推出BrainRobotics假肢，成为世界第一款脑机接口AI假肢，被《时代》周刊列入“2019年度最佳发明榜单”。它可以操作无限种手势，一位测试用户通过该假肢，甚至与郎朗表演了钢琴四手联弹。

　　徐佳玲用意念控制机械手点火。新华社 发

　　还记得杭州亚残运会开幕式的难忘一幕吗？当最后一棒火炬手、国家残疾人游泳运动员徐佳玲用意念控制机械手擎着火炬“桂冠”，点燃主火炬塔“潮涌”时，科技与艺术之美交相辉映。

　　当下，强脑科技的攻坚重点是触觉感知，能够在拿起一颗葡萄时感受葡萄的软硬，或是举起一杯水时感受水的冷热。

　　产业链已初具雏形

　　脑机接口正处于由科研走向市场的拐点，已成为诸多未来产业新赛道的“兵家必争之地”。

　　在10月14日的国新办新闻发布会上，工信部副部长王江平透露，下一步将前瞻布局未来产业，重点围绕原子级制造、脑机接口、6G等新领域新赛道，发展壮大独角兽企业。

　　当下，一条涵盖上下游关键领域的产业链，已初具雏形。上游的芯片、脑电采集设备、数据库及相关算法等环节，涌现了佳量医疗、灵犀科技等企业；中游的脑机接口产品开发、脑电采集平台等环节，聚集了浙大西投脑机智能科技、强脑科技、柔灵科技等企业。

　　（视频来源：强脑科技）

　　不过有专家认为，脑机接口的热度有一定市场营销因素。目前脑机接口解码的大部分仍是头皮脑电，很多大脑内部的神经元依旧无法解析。应用层面还没有形成大众化、市场化的产品。

　　对此，浙江大学哲学学院研究员白惠仁建议，要引导高水平大学通过设置交叉学科等方式，培育高质量复合型人才。同时，鼓励校企共建高水平科研创新平台，联合承接脑机接口领域重点攻关任务，解决产业化落地难题，建立健全相关产业链。

　　“要科学对待脑机接口研究成果，避免炒作、夸大、概念化脑机接口技术。”白惠仁强调，在科技伦理、安全性、有效性验证等方面的挑战，亟需技术提供方、使用者、政策制定者和社会公众凝聚共识。

　　“进化”还须面对伦理关

　　如今，专业学科已经设置起来，未来，脑机接口真能带动人类进化吗？在科学家们眼里，人类将攀登脑机接口技术的四层金字塔，逐级“改造”人类，实现“进化”。

　　第一层既修复，既通过心念操纵机器，让机器替代人类身体的一些机能，修复残障人士的生理缺陷；第二层是改善，通过脑机接口，改善大脑运行，让我们时刻就像刚刚睡了一个好觉醒来，精神抖擞、注意力集中、思维敏捷，清醒高效地去做一件事。

　　经过这两层，后面的事，就越来越科幻了。比如第三层沟通，有了脑机接口，人类不用语言，仅靠大脑中的脑电信号就可以彼此沟通，实现“无损”的大脑信息传输这种脑脑交互。到了第四层永生，将会是人类记忆和意识的移植，最终实现人类意识和记忆在数字世界的永生，就像电影《流浪地球II》里图恒宇的女儿一样。

　　图源：@流浪地球

　　事实上，在动物身上进行记忆移植已经实现。2019年，得克萨斯大学西南医学中心团队在《科学》杂志发表论文，透露其成功向鸣禽的大脑中植入记忆，使这只鸟儿在无需父辈教导的情况下学会“唱歌”。科幻圈子里的那句流行语——“血肉苦弱，机械飞升”，或许不会只是一句梦呓。

　　“脑机互联还面临很多技术和伦理方面的问题，在这方面，人类应该慎之又慎。”中国自动化学会混合智能专家委员会副主任、复旦大学计算机学院张军平教授提醒。

　　挑战之一：如何准确“翻译”人的意念？技术上首先遇到的难题是，除了如何接收和识别各种不同的脑电波以成功提取人的准确意念，如是想要读书还是喝水外，还需要让使用者学会如何自我调节大脑活动，以便成功地操作这类技术，因为任何杂念和干扰都可能让意念操控机器差之毫厘、失之千里。

　　挑战之二：如何降低对人脑的损伤？植入式接口最大的挑战是手术如何将对脑部的损伤降到最低，因为传统金属材质的电极植入人脑，可能导致严重的排异反应。并且随着植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，理论上会导致信号缺失。好在从2015年以来，人类逐步制造出越来越好的柔性电极，越来越能被大脑组织所接纳。

　　科幻片《阿凡达》中，人类用意识控制克隆纳威人的躯体，成为自己在潘多拉星球上的化身。图为2010年1月12日北京一影院贴出《阿凡达》海报。新华社发

　　挑战之三：如何深入了解我们自己的大脑？人类大脑拥有数百亿个神经元，而现有的脑机接口技术能植入大脑的电极才数千个。“大脑非常复杂，过去大脑研究一直是医学禁区，直到15年至20年前，对大脑的研究才开始逐渐增多，但植入式研究依旧非常稀少。”在西湖大学微系统与生物工程讲席教授默罕默德·萨万认为，人类距离深入理解大脑功能结构和活动方式，差距依旧遥远。电极植入部位如何精准选择？信号如何有效分析？在信号控制、微制造等领域，还有一个个“拦路虎”等着我们。

　　挑战之四：如何避免人的两极分化？更长远的问题在于，人机结合是有益于一小部分人，还是大部分人？如果实现商业化以后这一产品的价格过于昂贵，只有一小部分人凭借这一技术极大强化自身能力，那就违背了人们的美好初衷。

　　对此，国家层面已经未雨绸缪，于年初推出我国在脑机接口研究领域的首部伦理指引——《脑机接口研究伦理指引》。指引指出，研究应适度且无伤害，根本目的是辅助、增强、修复人体感觉-运动功能或提升人机交互能力，提升人类健康和福祉；对严重危及生命且尚无其它有效治疗手段的罕见病，可在严格遵守国家关于医疗器械、临床研究等相关规定条件下，经充分知情同意，开展脑机接口创新产品临床试验。

　　时代正在经历包括脑机接口在内的“技术爆炸”，我们需要保持足够的理性与耐心，去应对未来可能的千变万化。