脑机接口研究，中美竞争新赛道

本报记者   冷舒眉   本报特约记者  任  重

编者的话：随着马斯克创立的初创公司Neuralink此前宣布已获准进行首次人体临床研究，有关脑机接口的研究进展不断出现在公众视野中。到底什么是脑机接口，目前中外在相关技术的研究与应用处于什么样的阶段？这一充满科幻感的技术的发展又面临着哪些挑战？

什么是脑机接口

脑机接口指的是在大脑与外部设备间创建全新信息交换通路，一方面将大脑信号转化为机器可识别的信号，实现对机器的有效控制；另一方面，将外部设备信号转化为大脑可识别信号，从外部对大脑进行直接干预。

据专家介绍，脑机接口的发展可以分为三个阶段：从最开始即脑电波、α波和β波被发现的1924年，到1970年之前，是学术探索阶段；1970年到2000年左右是科学论证阶段；2000年以后尤其是2014年世界杯上一名高位截瘫的青年通过控制机械外骨骼开球，到了应用推广期。可以说，脑机接口技术的发展是一个不断从科幻走向现实、从动物实验走向人体实验、从实验室走向临床和家用、从医疗领域走向其他领域的过程。

从技术路径看，脑机接口的实现分为非植（侵）入式与植（侵）入式。前者无须手术，只需将采集脑信号的电极附着在头皮上，其风险小但探测到的脑信号精度不高，所以实现的功能不多，只能用来执行简单的控制或操作；后者通过手术将电极直接植入到大脑皮层，离神经元更近，可以获得更高质量的神经信号，但需要手术操作，有风险，且成本较高。

有观点认为，从效果看，有创的脑机接口精度更高，更具优势。近年来最重要的脑机接口进展是Neuralink公司的“神经织网”技术。它植入的电极比以往的更细，更易于插入到大脑的指定位置。该系统还包括一个能够更好地读取、清理和放大脑信号的定制芯片。

脑机接口的应用场景首先是医疗领域。今年8月，《自然》杂志发表的两篇研究论文表明，两名因严重瘫痪而无法说话的患者通过采用侵入式脑机接口，能以前所未有的准确性和语速与他人进行交流。脑机接口也被用于多种心理和神经疾病的治疗研究中。

据《纽约时报》报道，瑞士的研究人员发表在《自然》杂志上的一项研究中称，通过植入物，他们成功在患者大脑和脊椎之间建立了一个“数字桥梁”，然后大脑得以绕过受损部位控制身体。该患者曾遭遇一场摩托车事故，导致下肢瘫痪，借助“数字桥梁”，能够在只依靠助行器的情况下站立、行走和爬上陡峭的斜坡。且在植入超过一年后，该患者依旧保持着这些能力。

脑机接口攻关进展如何

美国CNBC网站称，几十年来，科学家一直在研究脑机接口技术，一些公司已开发出了有前途的系统。由马斯克参与创立的初创公司Neuralink今年5月宣布，已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，可以进行首次人体临床研究。Neuralink的脑机接口需要对患者进行侵入性脑部手术植入一个硬币大小的设备，使患者能够通过蓝牙连接控制外部鼠标和键盘。

《纽约时报》报道说，美国农业部的记录显示，到目前为止，Neuralink公司已在绵羊、猪和灵长类动物身上测试了该设备。2020年的演示中，马斯克展示了一头植入该设备的猪。2021年的展示中，一只植入设备的猴子可以用意念玩电子游戏。

泰国亚洲新闻网称，脑机接口技术已经成为全球竞争的关键技术战场，中国和美国是该技术的重要发源地和市场。脑机接口技术在中国已不再是一种假想，在研发和应用方面取得了一些进展，尤其是在政府最近呼吁支持这一前沿领域的背景下，中国在非植入式脑机接口采集与传感技术方面具有领先优势。近年来，中国在该领域的专利申请量飙升至全球总量的35%，美国占30%，日本占10%。

英国《独立报》报道说，由清华大学团队开发的脑机接口使用一种柔性入耳材料，来建立与大脑的数字连接。香港《南华早报》称，中国政府在天津建立了脑机交互与人机共融海河实验室。该实验室拥有无创脑机交互关键核心技术，布局了国际最大最全面的脑机交互专利池，实现了脑机交互全技术链条覆盖。

武汉衷华脑机融合科技发展有限公司（以下简称“衷华脑机”）的“植入式脑机接口系统”已通过11位顶尖专家的认定。专家组认为，其“植入式脑机接口系统”达到国际领先水平，推动了我国脑机接口技术进步。该公司近日向《环球时报》书面回复称，“我们的微针具有高可靠、高稳定的机械与电气特性，能够广泛用于神经信号记录与神经元刺激，同时提供多种电极规格选择，最大通道数可达65536，是Neuralink产品3072通道的20倍。”

据外媒报道，Neuralink公司正在为首次人体临床研究招募志愿者。而中方已经在相关临床试验领域取得了一定的突破。上海交通大学医学院附属瑞金医院的脑机接口治疗难治性抑郁症临床研究项目的成果显示，运用脑机接口技术对神经进行调控，患者术后抑郁症状平均改善超过60%。

清华大学长聘教授、中国脑机接口“华瑙奖”卓越学者奖获得者高小榕在接受媒体采访时表示，国内脑机接口目前几乎和美国同步发展，虽然我们起步晚一些。中国脑机接口的特点是无创脑机接口比较普及，做得比较多。而且中国已经是一个脑机接口研究大国，从2019年开始相关文章发表数已超过美国，位居世界首位，但文章影响力还需提升。另外，中国每年有一个世界最大规模的脑机接口大赛。

面临巨大争议与挑战

虽然技术高歌猛进，但考虑到脑机接口产品所涉及领域的复杂性，它可能对人脑造成的损伤以及其他伦理问题，全球范围内至今还没有一款侵入式脑机接口产品获批上市。Neuralink的临床试验获得批准，可以说是侵入式脑机接口产品上市路上里程碑式的一步。

衷华脑机在书面回复《环球时报》时介绍，他们也正在进行大量临床前研究工作，包括产品性能、安全性和可靠性的验证等，并进行了大量动物实验。

技术是把双刃剑。脑机接口作为一项新兴技术，在快速发展的同时也面临巨大争议和挑战。技术难点包括研发对人脑更友好的柔性电极、破解复杂脑电波的障碍、多学科联动的技术障碍等。

宾夕法尼亚大学的阿里·本杰明则表示，该技术真正的难点可能完全取决于人脑的复杂性，关键是如何对脑机对接后所记录下来的信息进行解码。本杰明认为，或许突然有一天Neuralink面临的障碍是对人脑如何运作缺乏最基本的了解，无论你记录下来的神经元信息有多少。而如果不了解负责信息交流的神经代码，就很难实现解码目标和其他计划。

有专家认为，针对该技术的争议主要就是安全性和有效性问题。比如做侵入式脑机，很多脑机信号有可能会变成人的DNA、指纹等，带有生物特征，可能会反向控制脑神经。这些都是需要考虑的。也有观点认为，虽然借助脑机接口技术“重塑”人脑的说法有些过于激进甚至为时尚早，但一些专家敦促国际和国内社会制定和遵守相关法律法规，明确技术的边界和限制。同时，要建立健全的伦理框架和道德准则，引导脑机接口研发者和使用者在实践中采取正确的行为。▲