腦機接口研究，中美競爭新賽道
來源：環球時報
【環球時報記者 冷舒眉 環球時報特約記者 任重】編者的話：隨着馬斯克創立的初創公司Neuralink此前宣佈已獲准進行首次人體臨牀研究，有關腦機接口的研究進展不斷出現在公衆視野中。到底什麼是腦機接口，目前中外在相關技術的研究與應用處於什麼樣的階段？這一充滿科幻感的技術的發展又面臨着哪些挑戰？
什麼是腦機接口
腦機接口指的是在大腦與外部設備間創建全新信息交換通路，一方面將大腦信號轉化爲機器可識別的信號，實現對機器的有效控制；另一方面，將外部設備信號轉化爲大腦可識別信號，從外部對大腦進行直接干預。
據專家介紹，腦機接口的發展可以分爲三個階段：從最開始即腦電波、α波和β波被發現的1924年，到1970年之前，是學術探索階段；1970年到2000年左右是科學論證階段；2000年以後尤其是2014年世界盃上一名高位截癱的青年通過控制機械外骨骼開球，到了應用推廣期。可以說，腦機接口技術的發展是一個不斷從科幻走向現實、從動物實驗走向人體實驗、從實驗室走向臨牀和家用、從醫療領域走向其他領域的過程。
從技術路徑看，腦機接口的實現分爲非植（侵）入式與植（侵）入式。前者無須手術，只需將採集腦信號的電極附着在頭皮上，其風險小但探測到的腦信號精度不高，所以實現的功能不多，只能用來執行簡單的控制或操作；後者通過手術將電極直接植入到大腦皮層，離神經元更近，可以獲得更高質量的神經信號，但需要手術操作，有風險，且成本較高。
有觀點認爲，從效果看，有創的腦機接口精度更高，更具優勢。近年來最重要的腦機接口進展是Neuralink公司的“神經織網”技術。它植入的電極比以往的更細，更易於插入到大腦的指定位置。該系統還包括一個能夠更好地讀取、清理和放大腦信號的定製芯片。
腦機接口的應用場景首先是醫療領域。今年8月，《自然》雜誌發表的兩篇研究論文表明，兩名因嚴重癱瘓而無法說話的患者通過採用侵入式腦機接口，能以前所未有的準確性和語速與他人進行交流。腦機接口也被用於多種心理和神經疾病的治療研究中。
據《紐約時報》報道，瑞士的研究人員發表在《自然》雜誌上的一項研究中稱，通過植入物，他們成功在患者大腦和脊椎之間建立了一個“數字橋樑”，然後大腦得以繞過受損部位控制身體。該患者曾遭遇一場摩托車事故，導致下肢癱瘓，藉助“數字橋樑”，能夠在只依靠助行器的情況下站立、行走和爬上陡峭的斜坡。且在植入超過一年後，該患者依舊保持着這些能力。
腦機接口攻關進展如何
美國CNBC網站稱，幾十年來，科學家一直在研究腦機接口技術，一些公司已開發出了有前途的系統。由馬斯克參與創立的初創公司Neuralink今年5月宣佈，已獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的批准，可以進行首次人體臨牀研究。Neuralink的腦機接口需要對患者進行侵入性腦部手術植入一個硬幣大小的設備，使患者能夠通過藍牙連接控制外部鼠標和鍵盤。
《紐約時報》報道說，美國農業部的記錄顯示，到目前爲止，Neuralink公司已在綿羊、豬和靈長類動物身上測試了該設備。2020年的演示中，馬斯克展示了一頭植入該設備的豬。2021年的展示中，一隻植入設備的猴子可以用意念玩電子遊戲。
泰國亞洲新聞網稱，腦機接口技術已經成爲全球競爭的關鍵技術戰場，中國和美國是該技術的重要發源地和市場。腦機接口技術在中國已不再是一種假想，在研發和應用方面取得了一些進展，尤其是在政府最近呼籲支持這一前沿領域的背景下，中國在非植入式腦機接口採集與傳感技術方面具有領先優勢。近年來，中國在該領域的專利申請量飆升至全球總量的35%，美國佔30%，日本佔10%。
英國《獨立報》報道說，由清華大學團隊開發的腦機接口使用一種柔性入耳材料，來建立與大腦的數字連接。香港《南華早報》稱，中國政府在天津建立了腦機交互與人機共融海河實驗室。該實驗室擁有無創腦機交互關鍵核心技術，佈局了國際最大最全面的腦機交互專利池，實現了腦機交互全技術鏈條覆蓋。
武漢衷華腦機融合科技發展有限公司（以下簡稱“衷華腦機”）的“植入式腦機接口系統”已通過11位頂尖專家的認定。專家組認爲，其“植入式腦機接口系統”達到國際領先水平，推動了我國腦機接口技術進步。該公司近日向《環球時報》書面回覆稱，“我們的微針具有高可靠、高穩定的機械與電氣特性，能夠廣泛用於神經信號記錄與神經元刺激，同時提供多種電極規格選擇，最大通道數可達65536，是Neuralink產品3072通道的20倍。”
據外媒報道，Neuralink公司正在爲首次人體臨牀研究招募志願者。而中方已經在相關臨牀試驗領域取得了一定的突破。上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院的腦機接口治療難治性抑鬱症臨牀研究項目的成果顯示，運用腦機接口技術對神經進行調控，患者術後抑鬱症狀平均改善超過60%。
清華大學長聘教授、中國腦機接口“華瑙獎”卓越學者獎獲得者高小榕在接受媒體採訪時表示，國內腦機接口目前幾乎和美國同步發展，雖然我們起步晚一些。中國腦機接口的特點是無創腦機接口比較普及，做得比較多。而且中國已經是一個腦機接口研究大國，從2019年開始相關文章發表數已超過美國，位居世界首位，但文章影響力還需提升。另外，中國每年有一個世界最大規模的腦機接口大賽。
面臨巨大爭議與挑戰
雖然技術高歌猛進，但考慮到腦機接口產品所涉及領域的複雜性，它可能對人腦造成的損傷以及其他倫理問題，全球範圍內至今還沒有一款侵入式腦機接口產品獲批上市。Neuralink的臨牀試驗獲得批准，可以說是侵入式腦機接口產品上市路上里程碑式的一步。
衷華腦機在書面回覆《環球時報》時介紹，他們也正在進行大量臨牀前研究工作，包括產品性能、安全性和可靠性的驗證等，並進行了大量動物實驗。
技術是把雙刃劍。腦機接口作爲一項新興技術，在快速發展的同時也面臨巨大爭議和挑戰。技術難點包括研發對人腦更友好的柔性電極、破解複雜腦電波的障礙、多學科聯動的技術障礙等。
賓夕法尼亞大學的阿里·本傑明則表示，該技術真正的難點可能完全取決於人腦的複雜性，關鍵是如何對腦機對接後所記錄下來的信息進行解碼。本傑明認爲，或許突然有一天Neuralink面臨的障礙是對人腦如何運作缺乏最基本的瞭解，無論你記錄下來的神經元信息有多少。而如果不瞭解負責信息交流的神經代碼，就很難實現解碼目標和其他計劃。
有專家認爲，針對該技術的爭議主要就是安全性和有效性問題。比如做侵入式腦機，很多腦機信號有可能會變成人的DNA、指紋等，帶有生物特徵，可能會反向控制腦神經。這些都是需要考慮的。也有觀點認爲，雖然藉助腦機接口技術“重塑”人腦的說法有些過於激進甚至爲時尚早，但一些專家敦促國際和國內社會制定和遵守相關法律法規，明確技術的邊界和限制。同時，要建立健全的倫理框架和道德準則，引導腦機接口研發者和使用者在實踐中採取正確的行爲。