国内外两家机构先后宣布取得大突破

脑机接口,是人类福音还是潘多拉魔盒?

2024-02-04

商报记者 虞洪波 综合报道

北京时间1月30日,“硅谷钢铁侠”马斯克发文称:“昨天,第一位人类患者接受了Neuralink(神经连接公司)的植入手术,目前恢复良好。初步结果显示采集到Spike(锋电位)信号。”

约8小时后,清华大学官网发布了一则新闻称,清华大学与宣武医院团队成功进行首例无线微创脑机接口临床试验。新闻显示,经过3个月的居家脑机接口康复训练,脊髓损伤患者可以实现自主喝水等脑控功能。

消息也引爆舆论。不少网友追问:技术风险大不大?会不会又是一个潘多拉魔盒?

就在几天前,由于特斯拉业绩不及预期致股价大跌,马斯克被LV老板贝尔纳·阿尔诺赶下“世界首富”的宝座。

●取得进展,各自宣布

马斯克公司完成首例脑机接口设备人体移植

马斯克1月29日表示,他的脑机接口公司“神经连接”28日进行了首例脑机接口设备人体移植,移植者目前恢复良好。

马斯克在社交媒体X(原推特)平台上发文说,初步结果显示,植入式脑机接口设备检测神经元相关电位的前景很好。

据马斯克介绍,神经连接公司的首款脑机接口产品名为“心灵感应”,大脑植入设备后,只需通过意念就能控制手机、电脑,并通过它们控制几乎所有设备。

马斯克表示,这款产品的首批使用者将是失去四肢功能的人,“想象一下,(如果植入脑机接口设备)斯蒂芬·霍金的沟通速度也许能比打字员或拍卖师更快。这就是我们的目标。”

清华宣布首例患者脑机接口康复获突破性进展

记者从清华大学获悉:近期,清华大学和首都医科大学宣武医院团队成功进行首例无线微创脑机接口临床试验。1月29日,联合团队宣布首例患者脑机接口康复取得突破性进展。

2023年10月24日,清华大学医学院洪波教授带领团队设计研发的无线微创植入脑机接口NEO(Neural Electronic Opportunity)系统,在宣武医院进行首例临床植入试验。首例患者由车祸引起颈椎处脊髓完全性损伤,处于四肢瘫痪状态已10余年。试验中,两枚硬币大小的脑机接口处理器植入患者颅骨中,成功采集感觉运动脑区神经信号。

经过三个月的居家脑机接口康复训练,患者可以通过脑电活动驱动气动手套,实现自主喝水等脑控功能,抓握解码准确率超过90%,患者脊髓损伤的ASIA临床评分和感觉诱发电位响应均有显著改善。

据了解,第二例患者植入已于2023年12月19日在天坛医院由贾旺教授团队成功进行,目前信号接收正常,患者正在居家康复训练中。

清华技术把电极放在大脑硬膜外不破坏神经

无线微创植入脑机接口NEO,与神经连接公司脑机接口有什么不同?

洪波教授介绍,无线微创植入脑机接口NEO把电极放在大脑硬膜外,通过长期动物试验验证,不会破坏神经组织,信号稳定,且采用近场无线供电和通信技术,体内无需电池。

这也是与“神经连接”的全植入式无线脑机接口不同之处。

宣武医院团队介绍,通过近场无线供电和信号传输,植入颅骨的体内机无需电池驱动。“脑机接口通过记录和解读大脑信号,实现大脑和计算机之间直接通信,可以帮助渐冻症、脊髓损伤、癫痫等脑疾病患者康复,还有望实现脑机融合智能,直接拓展人脑信息处理能力。”

目前有三种类型的技术

脑机接口,顾名思义就是大脑和计算机之间的接口,指大脑与计算机的直接连接。

根据信号采集方式的不同,脑机接口技术可以分为非侵入式、半侵入式和侵入式三种类型。

非侵入式(无创)脑机接口是指无需通过侵入大脑,只需通过附着在头皮上的穿戴设备来对大脑信息进行记录和解读。这种技术虽然安全性高,但是信号质量和分辨率较低,受到颅骨和噪声的干扰。

半侵入式(微创)脑机接口是指将脑机接口植入到颅腔内,但是在大脑皮层之外。这种技术可以获得较高的信号强度和分辨率,同时降低免疫反应和愈伤组织的风险。

侵入式(有创)脑机接口是指通过手术等方式直接将电极植入到大脑皮层,这样可以获得最高质量的神经信号,但是成本明显高于前两者,且存在着较高的安全风险以及可能引发的并发症。

●前景广阔,争相探索

脑机接口的应用前景非常广

那么,脑机接口的研究能带来哪些改变呢?

*用意念“手写”,准确率可达99%

2021年,来自斯坦福大学的研究者首次破解了“与手写笔迹相关”的大脑活动,其开发出的皮质内脑机接口系统,让研究受试者(因脊髓损失瘫痪)每分钟可以打出约90个字符,是以往利用此类脑机接口打字记录的两倍多,并且在线原始准确率达到了94.1%,自动更正后的离线准确率超过了99%。

*身穿“机械战甲”,瘫痪少年为世界杯开球

2014年,脑机接口领域的学术奠基人米格尔·尼科莱利斯为一位瘫痪少年做了一套“机械战甲”,让少年用大脑控制机械外肢,成功为巴西世界杯完成了开球。

*在大脑中植入电极后,失明患者重获视觉

因视神经病变破坏了连接眼睛和大脑的神经,42岁的戈麦斯失明,甚至感受不到一点光线,16年后,58岁的她通过新技术重获视觉,虽然看到的仅是黄白色的点和图案。

*有望帮助航天员完成复杂的工作任务

在神舟十一号载人飞行中,我们的航天员完成了人类历史上首次太空脑机交互试验。航天员戴上脑电帽后,再涂上导电膏。当导电膏从脑电帽的小孔注入后,导电膏里的细粒就填充在接触面的缝隙里,相当于增加了采集脑电信号的触头和头皮的接触面积,让脑电帽更好地采集到头皮的脑电信号。准备好后,航天员完成了视觉刺激实验、运动想象实验,还通过意识控制拼写。

近年来,脑机接口已成为渐冻症、中风、脊髓损伤等领域的研究热点。复旦大学附属华山医院神经内科主任医师郁金泰此前表示,在渐冻症患者的病情恶化过程中,他们经常会遇到言语和沟通障碍,脑机接口将大脑发出的神经信号转换为通过计算机或其他设备合成语音说出的文本或单词,通过大脑神经信号,可以帮助晚期渐冻症患者进行沟通。

技术已经存在了百年

其实,脑机接口技术已经存在了百年。

早在1924年,德国精神科医生汉斯·贝格尔就通过检测发现了脑电波,这意味着人的意识可以转化成电子信号被读取。此后,脑机接口技术的研究开始出现,但直到20世纪70年代才真正逐渐成形。

当时,美国加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔在科学文献中首次用到“脑机接口”这一术语。1977年,他通过提取视觉诱发电位,完成了通过脑电对屏幕上光标样物体的控制,这是脑机接口最早的实验室实现形式,也意味着该技术的发展由设想进入了研究阶段。

神经连接公司首先专注于两方面应用

神经连接公司是马斯克在2016年与多名科学家一同创办的脑科学公司。去年的融资情况显示,该公司的估值已高达50亿美元(约合人民币359亿元)。

2019年马斯克发布了首款产品,其原理是用激光在头骨上钻孔,然后避开大脑血管将一条线路植入脑中。2020年8月,为了对脑机接口的效果进行验证,研究人员在三只猪的体内植入了设备,马斯克在直播时向观众展示了小猪大脑活动的实时传输。

自2019年以来,马斯克多次预测神经连接公司很快获批启动人体临床试验。但直到2023年5月,美国食品和药物管理局才为其人体试验亮绿灯。同年9月,该公司开始为其首次脑机接口临床试验招募参与者。

据马斯克介绍,神经连接公司正在设计一种将大脑信号转化为行动的设备,将首先专注于两个方面的应用:一是恢复人类视力,二是帮助无法移动肌肉的人控制智能手机等设备,甚至恢复脊髓受损者的全身功能。

各国都在加速布局

环顾当前世界,瑞士、美国、日本、欧盟等国家和地区都在积极布局脑机接口领域,推出了针对该技术的许多重大研发计划及投资项目。

美国在脑研究领域一直位居世界领先地位。2013年,时任总统奥巴马启动基于创新型神经技术的脑研究计划,简称“脑研究计划”,其目标包括探索人类大脑工作机制、开发大脑不治之症的疗法等。

面对世界科技前沿,中国也在不断发力。2021年,酝酿多年的“中国脑计划”正式启动。蒲慕明院士在采访中指出,“中国脑计划”有三个方向,分别是作为认知功能的神经基础、重大脑疾病的诊断和诊疗方法,以及脑机智能技术。其中,脑机智能技术包括脑机接口和类脑研究。

●未来已来,障碍待破

面临一些尚未突破的前沿问题

不过,国内外脑机接口研究领域均面临一些尚未突破的前沿问题。

首先,安全性未知、技术障碍重重。

比如,“神经连接”曾被控诉虐猴,实验中的猴子反复感染、癫痫发作。马斯克通过脑机接口让人类不惧超级机器智能的设想,在科学上恐怕还有太多需要探索的地方。

其次,伦理争议不断,可大致归纳为两大边界问题。

一则,隐私边界。一些神经伦理学家认为,脑机接口技术被滥用的可能性很大,因为大脑是“人类最后的隐私边界”。脑机交互技术会不会给使用者带来潜在心理伤害,甚至让人被大脑黑客劫持?要知道,电影《黑客帝国》里Matrix正是通过脑机接口来“圈养”人类成为生物电池。

二则,人机边界。当人与机器的界限被彻底打破,“我”的记忆和情感全都可以被编程和重写时,还有“我”的存在吗?“我”还是“我”吗?

恰如人言,脑机接口背后,有着太多让人不寒而栗的“灵魂拷问”。

植入从医学角度看确实存在安全性问题

神经连接公司计划在2024年进行11例心灵感应设备植入手术,2025年为27例,2026年为79例,到2030年这一数字将超过22000人。

这种植入从医学角度来看,安全性很难保障。

首先是手术的复杂性就令人担心,需要人机协同。手术准备和开颅预计需几个小时,然后是约25分钟的真正植入过程。人类外科医生先在患者的头骨上切开一个洞,机器人随后进行一项极其精细的任务,将电极线插入大脑。这个机器人配有摄像头、传感器和一根微小的激光磨针,它在每根线的末端钩成一个环。针头一根接一根地将64根线(每根线有16个电极)推入大脑,同时要小心翼翼地避开血管。为了避免伤及大脑组织,每根线只有5微米,约是人类头发直径的1/14,而且这些电极线被设计得细长、柔韧而坚固,并被涂上一层特殊的聚合物,以防止它们在多年后变质。

尽管如此,如果大脑植入手术失误或引起创伤,将在治病之前就伤害病人。

其次,植入设备中的任何化学物质发生泄漏,渗入大脑,更是将引发难以预料的后果。

另外,即便安全植入设备,长期使用时如何保证不让伤口感染也是一个难题。

与临床应用还有较远距离

脑机接口在医疗等方面的应用前景令人期待。据麦肯锡咨询公司预测,未来10到20年,全球脑机接口产业将产生最多2000亿美元的经济价值。

近两年资本积极布局脑机接口技术,红杉、鼎晖、奥博等顶级机构入局,多家脑机接口公司近两年获得高额融资。

但是,相关监管政策和法规尚未成熟,在推广和应用脑机技术时,尚需制技术审批流程、数据隐私保护、伦理审核等方面的政策规定,而这些都是其商业化时间的不确定因素。

医疗行业资深投资人柳丹曾表示,以神经连接公司为代表的全植入式脑机接口技术路径,与真正的临床应用还有较远的距离,商业化可能需要5—10年。

未来已来。人类将被这种新兴的、具有潜在破坏性的技术赋予怎样的能量值得关注。

(信息来源:新华社、人民日报客户端,央视网、瞭望智库、长安街知事、广州日报、封面新闻、澎湃新闻评论微信公众号)