中央紀委國家監委網站 管筱璞
圖為觀眾在2023中關村論壇展覽（科博會）上體驗腦機接口手功能康復訓練與評估系統。圖片來源：視覺中國
近日，特斯拉首席執行官埃隆·馬斯克投資的腦機接口企業Neuralink宣布，已獲得美國食品藥品監督管理局批準，將開展首次人體臨床試驗。這被業內認為是腦機接口邁向商業化應用的重要里程碑。今年5月，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京獲得成功，該試驗在猴腦內實現了介入式腦機接口腦控機械臂，意味著我國腦機接口技術躋身國際領先行列。
什么是腦機接口？其技術發展有何意義？未來腦機接口可能有哪些應用場景，需要注意哪些問題？記者采訪了長期從事腦機接口研究的清華大學長聘教授高小榕。
腦機接口簡單說，就是一個可以從大腦里提取信號來控制外部設備的接口
問：什么是腦機接口？
高小榕：從學術定義來講，腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一個通過檢測中樞神經系統活動并將其轉化為人工輸出來替代、恢復、增強、補充或改善中樞神經系統正常輸出，由此改變中樞神經系統與內外環境之間持續交互作用的系統。簡單說，就是一個可以從大腦里提取信號來控制外部設備的接口，是人機交互的一種。與傳統的人機交互形式不同，腦機接口不需要手或語音等。因此，它潛在的用途包括可以幫助失去外周控制能力的失能人士表達自己想什么、要做什么。
大致上，腦機接口可以分為侵入式（有創）和非侵入式（無創）。所謂侵入式，就是把傳感器的電極直接植入大腦里面；所謂非侵入式，就是把傳感器的電極放在頭皮外面，類似大家做心電圖的感覺。此外，還有一種半侵入式，就是電極放置進頭皮里或者顱骨里，但還沒放入到大腦里。
中國和一些歐洲國家多以研究無創腦機接口為主，美國則以有創腦機接口居多。從理論上看，有創比無創的通訊速率要快一些，但是有創能放置的地方小，且技術門檻較高。無創腦機接口，如同在大腦周圍通過設備接收衛星信號，接收面積更大，只要匹配得好，無創的通訊速率不輸有創。二者最終的應用場景基本類似，無創方法的應用會略廣一些。
問：為什么說這是一項硬核的新技術？
高小榕：腦機接口的技術難度比較大。要知道，大腦至少擁有860億個神經元，平均每個神經元又有大約1000個連接，由此形成一個巨大的網絡結構，這是人擁有思想和意識的物質基礎。如果是非侵入式腦機接口，在大腦外面放置幾十個或幾百個電極，一是沒有直接接觸腦組織，二是和神經元在數量級上相差甚遠，要達到一定效果，難度可想而知。如果是侵入式腦機接口，則意味著要跨越三道關。一是物理關，怎么把一種很硬的材料——硅，放入人體最軟的腦組織；二是化學關，怎么讓二者在一起工作，不產生排異反應，避免對人體的傷害；三是信息關，怎么把腦神經的“想法”準確無誤提取出來。所以說，腦機接口并不是傳統技術的延長線，而是一項硬核的新技術。
2010年以來，基于人工智能技術的快速發展，腦機接口也進入到一個技術爆發的新階段
問：腦機接口技術經歷了怎樣的發展歷程？
高小榕：腦機接口從科幻層面進入學術層面，始于1973年。50年前，美國加州大學洛杉磯分校的計算機科學家雅克·維達爾在一篇論文里提出，放置在頭皮上的電極可以檢測到大腦發出的實時信號，并給出了腦機接口的科學概念與設想。
此后，經過15年的科學論證、15年的學術研究、20年的技術發展，在各國科學家的努力下，腦機接口的概念范疇不斷延伸，例如與反饋/調控相結合的腦機交互（interaction），與人工智能相結合的腦機智能（intelligence）等。
1999年，首屆國際腦機接口會議在幾十個相近概念中確認“BCI”為特定專業詞匯，確認了其科學定義和評價標準，影響深遠。我和清華大學高上凱教授所在的團隊作為國內首個腦機接口研究團隊，參加了第二、三屆國際腦機接口會議，并作學術報告。
可以說，2010年以前，相關研究一直依靠醫學驅動力前行，致力于解決更多的醫學問題。清華大學于1997年啟動相關研究，開發了眼控鼠標等，幫助殘障人士使用計算機。2010年以來，基于人工智能技術的快速發展，腦機接口也進入到一個技術爆發的新階段，應用實驗層出不窮。比如，2014年巴西世界杯開幕戰上，截癱青年諾·平托身披“機械戰甲”開出第一腳球，通過“意念”控制重獲“自由”，向世界展示了腦機接口的價值；2016年，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，實現了靜默的交流；2019年7月，Neuralink公司發布了一款可擴展的高帶寬腦機接口系統。
近年來，以馬斯克為代表的專業人士提出一個問題：未來我們身處一個多智能體社會，人類和人工智能這兩大智能體，一個是碳基，一個是硅基，如何提高這兩者間的交流速度？腦機接口技術提供了一種可能。目前可以看到這樣一種趨勢，人工智能對腦機接口的驅動力或將超過臨床醫學。
面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康的新動能、新方向
問：腦機接口需要哪些技術支撐？該領域的技術發展有什么意義？
高小榕：如果把腦機接口比作一幅拼圖，前三塊關鍵拼圖依次是：腦信息采集、計算機科學及信號分析技術、神經科學。
腦電圖之父、德國精神病學家漢斯·貝格爾在1924年首次記錄到人類腦部的能量活動，命名為腦電波。1929年5月，決定腦電圖重要性的首期出版物《人類腦電圖的使用》問世，并發表于《精神病學檔案》。正是基于這第一塊拼圖，1938年，美國神經學家赫伯特·賈斯珀在寄給漢斯·貝格爾的一張圣誕賀卡中，暢想了從腦電波中解碼出語言的可能性，這被認為是對腦機接口的早期描繪。近百年后的今天，這樣的暢想已經實現。2021年5月，美國斯坦福大學的研究人員通過植入電極采集大腦運動皮層的神經活動、使用遞歸神經網絡算法解碼出“手寫”筆跡，將患者大腦中的意念快速轉換為計算機屏幕上的文本。
再看第二塊拼圖。世界上第一臺通用計算機“ENIAC”于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學誕生。在隨后的數十年中，計算機科學不斷進步，并為數字信號處理與人工智能的發展提供了基礎。
第三塊拼圖是神經科學技術。德國教授埃伯哈德·埃里希·費茲于1969年利用操作性條件反射原理驗證了靈長類動物運動皮質中單個神經元的活動能對控制模擬儀表指針產生條件反射，在概念形成之前就實現了最早的腦機接口實踐。
在我看來，腦機接口是腦科學、神經工程、人工智能、信息技術交叉的前沿科技創新領域，可廣泛帶動科研、醫療、教育、工業、娛樂領域的發展。這是面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康的新動能、新方向。隨著人工智能的飛速發展，人機交互將會越來越重要，而腦機接口是人機交互、人與人工智能交互的終極形態。人應當如何與機器交互，人類智慧應當如何與人工智能交互結合，也將是腦機接口要解決的核心問題。
問：近年來，腦機接口受到各方關注。怎么看待該技術熱度不減的現象？下一階段的研究重點是什么？
高小榕：我們接收信息進入了一個新的視覺化階段，比如說近日蘋果公司推出了混合現實（MR）眼鏡，就是其中代表。從以電影、電視為代表的多人一屏，到以電腦、手機為代表的一人一屏，技術始終在向前發展。如今，屏幕分辨率已經到了一種需求上的“天花板”，也就是說，即使分辨率再提升，但人的肉眼已經分辨不出差別了。那么，接下來的發展方向很可能就是把屏幕做小，比如整合到眼鏡上、成為元宇宙的入口之類，這些設備彼此之間還要相互連接，這就進入了多人多屏的階段。
以眼鏡為基礎的屏幕，和我們習慣的鼠標、鍵盤等外接設備很難匹配，但是腦機接口可以完美適配。所以，這成了現在一個研究重點，即怎么把腦機接口變成一個新型的人機交互工具。具體而言，這就需要研究者開發出相應的電子系統，把腦機接口做得盡可能可靠、盡可能小；選取最安全的材料，讓電極和人體接觸良好；快速、準確地傳輸、提取高通量信息，等等。這都需要開展相應的臨床實驗研究。
腦機接口最早的應用場景很可能以醫療和助老為核心
問：未來腦機接口可能有哪些應用場景？
高小榕：隨著技術的發展，腦機接口最早的應用場景很可能是以醫療和助老為核心的。通過與臨床結合，腦機接口可以幫助中風、漸凍癥等患者盡可能自主行動、走向康復。2023年5月，瑞士洛桑聯邦理工學院團隊發表了一種腦—脊髓接口（BSI）的研究成果，通過植入記錄和刺激系統，實現大腦和脊髓的數字化連接，甚至還能促進神經恢復，幫助癱瘓患者恢復行走能力。我國已經進入老齡社會，讓老年人老有所養、生活幸福、健康長壽是我們的共同愿望。腦機接口技術未來在養老方面也大有可為，可以為老年人提供家務、日常照料等輔助功能。
此外，還有一大類應用場景可能在教育領域。比如怎么讓學生減少疲勞感，怎么提高學習效率、更快接收信息等，腦機接口都能找到用武之地。
最后，就是與人工智能的交互場景。和芯片行業類似，腦機接口也有一個摩爾定律，即每10年速度提高4倍。未來10年，腦機接口的輸入速度可能會超過手機觸屏輸入，到那時，用戶打字或許就可以使用這項技術了。在高度智能化的未來社會，各種各樣的機器人、可穿戴設備等都需要通過交互執行人類的指令，腦機接口在這方面大有可為。
至于場景落地，我想以可穿戴設備中的智能眼鏡為例，這是腦機接口必須參與的一個場景。我們知道，元宇宙需要以智能眼鏡為代表的硬件支持，而只有具備了腦機接口的屬性，才能夠交互得好。這就要求實現信息互聯、價值連接、環境聯通、心靈互通，也就是通過腦機接口讓不同的用戶快速實現信息、價值評判、環境、心理感受的共享。做不到這4點，沒有好的交互，智能眼鏡就只能停留在一個播放視頻的簡單設備層面。
據麥肯錫2020年發布的相關研究預測，未來10年到20年，腦機接口產業在全球范圍內每年直接產生的經濟規模可達700至2000億美元。據硅谷Live的相關研究顯示，腦機接口產業在醫療健康產業方面，主要應用包括腦機接口設備、大腦檢測系統、多動癥腦機接口反饋治療等；在教育產業方面，可應用于學生記憶力訓練以及學科培訓等場景；在游戲產業方面，可通過虛擬結合方式實現思維控制設備及游戲角色；在智能家居產業方面，可與物聯網等技術結合實現用意念控制家用電器等。
問：很多人關心，腦機接口真的能代替人類來思考嗎？其中是否會涉及到一些醫學倫理問題？
高小榕：實際上，腦機接口它只是個接口，能把人的智能和機器智能進行快速交換，讓兩者工作得更好一些，“動動腦子”就能“指揮”，從而構建以人為中心的人機智能技術。它無法代替人的思考，這是肯定的。
腦機接口涉及到一些醫學倫理問題。比如公平性問題，腦機接口能夠增強人的能力。給患者增強能力無可厚非，但如果給部分正常人增強，沒有使用腦機接口設備的人就會面臨不公平的環境。再比如對機器設備的控制力問題。腦機接口一定不能失控，設想往大腦里植入了一個設備，可能在這個人睡著或不知道的時候，它依然還能工作，這和我們傳統意義上在清醒狀態時的操控很不同。這是一條重要的界限，在人不同意的情況下，不能讓它進行操控。再比如，腦機接口是具備“讀腦”特征的，這就涉及侵犯隱私的問題。
越來越多的人們意識到：如果我們不主動去構建以人為中心的智能社會，最后我們的智能社會很可能會失控。因此，我們必須始終握緊韁繩，人工智能才能夠更健全地發展，決不能讓它沒有限制地自由狂奔。倘若我們人類構建了一個智能體，人類卻置身事外，這是很危險的。