楊琳

談及腦機(jī)接口，外界的第一印象，可能是馬斯克讓猴子實(shí)現(xiàn)“意念打字”的場(chǎng)景。不過(guò)，最近讓外界驚艷的，是來(lái)自中國(guó)的團(tuán)隊(duì)。

5月4日，全球首例非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京獲得成功，該試驗(yàn)在猴腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)了介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂，這對(duì)推動(dòng)腦科學(xué)領(lǐng)域研究具有重要意義，標(biāo)志著我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)躋身國(guó)際領(lǐng)先行列。

此次試驗(yàn)由南開(kāi)大學(xué)段峰教授團(tuán)隊(duì)牽頭，與中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）、上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合完成，突破了血管內(nèi)腦電信號(hào)采集、介入式腦電信號(hào)識(shí)別等核心技術(shù)。從視頻資料來(lái)看，這只手術(shù)后的猴子，只需要“想一想”，就能讓機(jī)械臂把食物送進(jìn)口中了。

這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療、軍事等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用空間非常廣泛，如可幫助腦卒中、漸凍癥等患者康復(fù)，甚至未來(lái)能將人類的思考、意識(shí)、記憶存儲(chǔ)下來(lái)。這一系列聽(tīng)起來(lái)非常神奇的成果，已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)。一些科幻大片里的場(chǎng)景，也許距離我們沒(méi)有那么遙遠(yuǎn)。

腦機(jī)接口指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。目前腦機(jī)接口主要有3種，包括侵入式腦機(jī)接口、非侵入式腦機(jī)接口和介入式腦機(jī)接口。由“硅谷鋼鐵俠”馬斯克及科學(xué)家團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的Neuralink，就是少數(shù)從事侵入式腦機(jī)接口研發(fā)的企業(yè)代表。

不過(guò)，侵入式腦機(jī)接口創(chuàng)傷大，例如Neuralink公司侵入式腦機(jī)接口試驗(yàn)猴已有多只死亡，該公司的人體試驗(yàn)也遲遲未獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局的許可。非侵入式腦機(jī)接口易受大腦容積導(dǎo)體效應(yīng)的影響，腦電信號(hào)長(zhǎng)期穩(wěn)定性差。而介入式腦機(jī)接口是通過(guò)微創(chuàng)介入方式，將血管穿刺小口，通過(guò)類似心臟支架介入的微創(chuàng)手術(shù)實(shí)現(xiàn)腦機(jī)連接。這種方式的創(chuàng)傷較侵入式腦機(jī)接口更小。

此次段峰教授團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)的介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)，是通過(guò)介入手術(shù)將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無(wú)需開(kāi)顱手術(shù)即可采集到顱內(nèi)腦電信號(hào)，兼顧了安全性、識(shí)別穩(wěn)定性。

段峰長(zhǎng)期從事腦科學(xué)、機(jī)器人技術(shù)等方面的研究。實(shí)際上，上述3種腦機(jī)接口方式，他都嘗試過(guò)。

早在2014年夏天，段峰研究團(tuán)隊(duì)在南開(kāi)大學(xué)就完成了“腦控汽車”的試驗(yàn)。試驗(yàn)人員頭戴裝有16個(gè)采集點(diǎn)的腦電信號(hào)采集設(shè)備，通過(guò)腦電信號(hào)對(duì)一輛裝有計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、車載電控單元等裝置的汽車進(jìn)行“發(fā)號(hào)施令”，汽車在人腦的操控下能夠準(zhǔn)確執(zhí)行啟動(dòng)、直線前進(jìn)、直線倒車、剎車、車門上鎖或解鎖等規(guī)定指令。據(jù)介紹，該成果在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)人腦驅(qū)車及腦電信號(hào)與汽車系統(tǒng)的“聯(lián)結(jié)”，這有望徹底改變“手”“腳”并用的駕車模式，讓肢體殘障人士的“驅(qū)車夢(mèng)想”不再遙遠(yuǎn)。

段峰團(tuán)隊(duì)還在大鼠身上做了侵入式腦機(jī)接口的試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)“人想往左，大鼠往左；人想往右，大鼠往右”。在這之后，團(tuán)隊(duì)對(duì)侵入式腦機(jī)接口的情況也非常了解了。

“這種試驗(yàn)實(shí)時(shí)性、信號(hào)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性都很好，因?yàn)槭窃谀X內(nèi)，沒(méi)有外界干擾，但它的傷害性很大，老鼠做完試驗(yàn)以后，還有其他后期的一些影響，我就沒(méi)有在這條路上再往下走了?！倍畏鍖?duì)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者說(shuō)，“我就在想，怎么能找到一個(gè)識(shí)別腦電交流信號(hào)準(zhǔn)確、傷害性又小的方式，那就只有在血管內(nèi)。用這種方式，能測(cè)到腦電信號(hào)，又沒(méi)有做開(kāi)顱手術(shù)，沒(méi)有傷害腦。”

在羊身上完成了介入式腦機(jī)接口動(dòng)物試驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)才開(kāi)始在非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物身上試驗(yàn)。

不過(guò)，若要將技術(shù)應(yīng)用到臨床，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可能還需要走較長(zhǎng)的一段路。這涉及政策支持、資金支持、人員匹配、法律法規(guī)建設(shè)等一系列配套建設(shè)。

“在臨床上，我們沒(méi)有先例，并且還有未來(lái)人體試驗(yàn)、志愿者審批等一系列問(wèn)題。這不單單涉及技術(shù)，是一個(gè)綜合體?！倍畏逭f(shuō)道。

段峰教授 （右四） 團(tuán)隊(duì)

猴子只用“想一想”，就能吃到食物。

目前，國(guó)內(nèi)外都在圍繞腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行爭(zhēng)奪。全球已有多家企業(yè)完成腦機(jī)接口動(dòng)物試驗(yàn)，其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等。我國(guó)也有多項(xiàng)成果，如2006年，清華研制成功腦機(jī)接口系統(tǒng)可用“思維”踢足球；2014年，我國(guó)首次成功在腦中植入電極用意念控制機(jī)械手臂；2021年，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)的“Enhance decoding of pre-movement EEG patterns for brain-computer interfaces”研究論文，被英國(guó)物理學(xué)會(huì)出版社授予“CHINA TOP cited paper award 2021”，該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在表彰研究人員發(fā)表的最具影響力的論文。

在未來(lái)，我們有可能實(shí)現(xiàn)“人腦中植入芯片”嗎？

段峰認(rèn)為，這個(gè)設(shè)想不是卡在技術(shù)上，而是面臨資金、政策、法律法規(guī)、倫理等方面的約束?！斑@種試驗(yàn)非常燒錢，可能數(shù)億元都不夠。還需要人才的適配，這不是看你畢業(yè)于985、211、發(fā)多少SCI論文，而是需要具有工程經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合型人才?！?/p>

“在人腦中植入醫(yī)療器械現(xiàn)在已經(jīng)不是禁區(qū)，當(dāng)下已經(jīng)有了很多成熟的產(chǎn)品，只是在于植的東西是芯片還是其他？”上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人張涵告訴《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者。

他也認(rèn)為，從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，在人腦中植入醫(yī)療器械是可能實(shí)現(xiàn)的，但核心的是要考慮倫理、安全性、使用目的等方面的問(wèn)題。

心瑋醫(yī)療醫(yī)療器械上市公司為本次試驗(yàn)提供了設(shè)備技術(shù)支持。在張涵看來(lái)，若要促進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各方合作非常重要?！斑@次試驗(yàn)涉及采集信號(hào)的儀器、解碼信號(hào)的儀器、算法等，也涉及醫(yī)學(xué)、生物、計(jì)算機(jī)、生物化學(xué)等多個(gè)學(xué)科。合作是非常重要的，需要大家共同把交叉學(xué)科做起來(lái)?；A(chǔ)研究對(duì)我們產(chǎn)業(yè)方來(lái)說(shuō)是非常重要的支持，如果沒(méi)有這些東西的話，產(chǎn)業(yè)方能做的事情就很受局限。”

他也直言，目前從產(chǎn)業(yè)端來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外可能還談不到成熟的盈利模式和業(yè)務(wù)模式，因?yàn)榇蠹叶荚谔剿麟A段。

“除了腦機(jī)接口，我們也有很多其他項(xiàng)目，這些項(xiàng)目不是每一個(gè)都能孵化出成熟的、具有很強(qiáng)商業(yè)化和盈利能力的產(chǎn)品，但哪怕10%、20%的項(xiàng)目能夠孵化出來(lái)，這對(duì)于支撐公司長(zhǎng)期盈利和發(fā)展的意義都巨大。”張涵說(shuō)，“我們選擇腦機(jī)接口，因?yàn)樗覀冇泻芏嗥鹾宵c(diǎn)。其器械使用跟我們現(xiàn)有的神經(jīng)介入產(chǎn)品高度相關(guān)，我們的機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)，也可以在技術(shù)上做一些支持，在這項(xiàng)試驗(yàn)上，參與試驗(yàn)的所有人的目標(biāo)方向是一致的?！?/p>

實(shí)際上，段峰不僅在腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域見(jiàn)長(zhǎng)，在人工冬眠、記憶移植、飛行器制造等方面均有研究成果。

2022年8月，由段峰團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)研發(fā)、國(guó)內(nèi)首款垂直起降噴氣動(dòng)力飛行器在天津試飛成功。據(jù)他介紹，傳統(tǒng)小型旋翼飛行器載重小，而載重大的直升機(jī)起降需要開(kāi)闊地形。此次試飛的垂直起降噴氣動(dòng)力飛行器，可以解決這兩大難題，未來(lái)有望應(yīng)用于空中人員運(yùn)送領(lǐng)域，比如復(fù)雜地理環(huán)境救援、城市急救等。

段峰團(tuán)隊(duì)還成功實(shí)現(xiàn)了讓大鼠體溫降24℃進(jìn)入冬眠狀態(tài)，并且持續(xù)24小時(shí)，時(shí)間是國(guó)外小鼠試驗(yàn)的3倍。對(duì)于未來(lái)人體“冬眠”的需求體現(xiàn)在哪里，他提到了航天事業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。

最早，歐洲航天局（ESA）曾提出一個(gè)從地球一路“睡到”火星的載人探測(cè)概念——宇航員冬眠。一般情況下，從地球到火星需要飛行180天左右，宇航員通過(guò)服用一種特殊藥物進(jìn)入“麻木”的冬眠狀態(tài)，隨之艙室的亮度變暗、溫度大幅度降低以將宇航員身體“冷卻”。

這不由讓人們想到電影場(chǎng)景：宇航員躺在冬眠艙中，心臟每分鐘只跳動(dòng)3次，體溫徘徊在2.78℃，他們?cè)谕局兄恍枰獢z入最低限度的資源，最后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候醒來(lái)……

“還有很多東西需要一點(diǎn)點(diǎn)做，然后把所有東西串起來(lái)，就像下圍棋一樣，最終形成一個(gè)體系?！碧岬阶约旱谋姸嘌芯砍晒畏逭f(shuō)道。

他特別提到兩點(diǎn)，科學(xué)研究國(guó)際化、科研成果產(chǎn)業(yè)化。

“我們?cè)谂Λ@取一手信息：國(guó)際在做什么，我們跟他們有什么不一樣，怎么適應(yīng)中國(guó)，怎么差異化發(fā)展；產(chǎn)業(yè)化方面，我們通過(guò)引進(jìn)消化前沿技術(shù)，建立適合國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)，比如實(shí)現(xiàn)高端醫(yī)療器械的國(guó)產(chǎn)化替代，把價(jià)格降下來(lái)，普惠更多人群?！倍畏逭f(shuō)道。

他還表示，在這個(gè)過(guò)程中，因?yàn)槭褂孟嚓P(guān)產(chǎn)品或技術(shù)的用戶多了，第一手的臨床數(shù)據(jù)才更充分，然后再根據(jù)企業(yè)發(fā)展面臨的需求，研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)科研提升?！斑@是一個(gè)雙向循環(huán)，有技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，兩者結(jié)合，是雙鏈條體系。在這個(gè)前提下，會(huì)源源不斷有新鮮的、顛覆性的東西出來(lái)，并且可以落地?！?/p>

段峰認(rèn)為，他可能更像一個(gè)“投資人”。“但我投的不是錢，是培養(yǎng)學(xué)生，把機(jī)會(huì)給他們，讓他們從事高精尖的技術(shù)研發(fā)，培養(yǎng)一批‘產(chǎn)業(yè)人’，把技術(shù)落地，變成產(chǎn)品?！?/p>

責(zé)編：郭霽瑤? guojiyao@ceweekly.cn

美編：孫珍蘭