中科院李骁健：脑机接口是元宇宙的终极形式

　　5月17日消息，由搜狐主办的2023搜狐科技峰会17日上午在北京开幕。峰会上午，中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、微灵医疗创始人李骁健作了题为《脑机接口不再只是科幻故事》的演讲。

　　李骁健认为，脑机接口是医疗的第一需求，而实现脑机接口的方式是，在大脑里放置传感器，监听神经元的活动。他认为，这是一个脑控机器人时代，目前已经出现了新型的Neuralink脑机接口系统，但是植入式医疗脑机接口设备的审批和监管很严格。

　　以下为李骁健演讲全文：

　　尊敬的各位来宾，线上各位朋友，大家好。我是研究高性能脑机接口和类脑工程的，2018年秋季回国，这几年在一些剧场和网上做了一些脑机接口方面的科普演讲。

　　在这段时间有很多朋友跟我聊得挺多电影里的一些科幻故事，科幻里很多提及脑机接口，但是脑机接口本身作为研究内容已经有很多可以进行真正落地现实的应用场景。当然还有很多科幻故事，大部分应该主要介绍科幻的东西。

　　我们先分别了解一下哪些是科幻，哪些能力可以照进现实。科幻电影《阿凡达》，前几年已经上映，这里面介绍潘多拉上的地球人生活情况，这个士兵下身已经瘫痪，只能坐在轮椅上，但是给他造了一个当地的人造人，通过进入睡眠舱之后，进入一段天旋地转之中，意识导入人造人中，可以说这是一种意识替换。但是非常遗憾，这种情况是完全科幻的。

　　某些科幻片展示了在未来短期内有可能变成现实的，比如另外一个科幻电影《阿丽塔：战斗天使》，这是一个机械身体，但是大脑是她自己的，这是人脑和机械身体的组合，通过生物脑神经与电子装置衔接是可以实现这种我们认为可能实现的脑机接口。

　　脑机接口主要是大脑与外界直接进行信息通讯的方式，主要强调是一种跨物质的通讯方式。我们为什么要做脑机接口，实际脑机接口很直接的需求来自于医疗界。比如，前段时间去世的霍金先生他就是渐冻症，主要是肌肉萎缩无法控制身体，虽然他的意识很清醒，虽然身体不行了，采集他大脑的信息有可能制造一个人造身体，让他像阿丽塔能够回归正常生活。

　　我们提到怎么造脑机接口，让瘫痪的人回归正常生活呢，首先介绍一下我们的脑，我们有很多相对独立的功能分区，额叶、面叶、小脑、针叶、顶叶，各自有一定的功能分区，整个大脑分区协同在一起工作才能实现比较复杂的脑功能。

　　大脑近千亿神经元交联形成网络实现这种复杂信息处理方式。我们要获得这些脑神经的信息就可能实现脑机接口，要想获得这些传递信息怎么做?比较直接，就是在大脑里放置传感器，监听大脑神经元活动状态。

　　从理论上说，把传感器放在离神经元越近的地方清晰度越高，就像一个耳麦就放在我嘴边上是特别清晰的。但实际上在实践用途主要有三个传感器放置方式，一个是放在头皮表面，就是这个绿色的位置。

　　还有贴在脑皮层表面，就是在脑内，黄色位置。红色是刺进去，让传感器探头贴近神经元。把传感器放在不同位置，针对不同的脑机接口的应用场景，比如用于科学研究，研究大脑的机理，科研脑机接口，更希望采集高清的模式，贴近神经元的动作电位，但是在医疗中，因为主要是强调安全与稳定，所以对高清需求并不是很高。

　　我们来看一下在科研应用的脑机接口，这是在我的实验室的真实一只猕猴，在透明罩子里，前面电极在脑内，引出了信号线，通过采集系统采集脑的神经信号，这些细波纹是猴子挣扎的脑信号，实际上猴子是麻醉的，在手术台上，但是麻药已经停掉了，虽然身体不能动，但是意识在挣扎。

　　这些就是刚才从脑内采集到的神经信号原始的数据波形，有一些小毛刺，这就是神经元发出的动作电位，就是高清信息。通过专门研发的分析软件把这些神经元单独动作电位小波形提取出来，分级每个通道的信号。

　　提取这些脑机信号训练猴子做一些任务，开始用机械臂抓取一块小的食物，放在猴子嘴前喂它，让猴子逐渐意识到机械臂是喂食的，产生仪式上的因果关系以后，猴子逐渐打开它的脑神经信息通道，采集脑信号，通过信号可以引导猴子参与主动的喂食任务。现在这个猴子意识到它会启动机械臂抓食物，当到这个斗的位置会释放下来，进到嘴里。这是实验室通过猕猴研究脑机接口。

　　这块介绍是在美国斯坦福大学用病人志愿者研究脑机接口，病人头上有一大的插头，这是一位渐冻症患者，不能动，试验人员指导她做任务，读取脑信号，八个不同方向的光标进行运动，这就是大脑解码的过程，同时研究大脑是如何工作的。但是脑机接口是需要大脑进行学习的，只靠机器学习，对灵活进行脑控还是不行的。

　　可以看到刚才的例子中使用的是一种Blackrock脑机接口，现在有带着插头的有线版本，还有无线版本采集脑信号。这种传统设备在历史上对脑机接口研究，特别是临床上的脑机接口研究有很大的贡献。2012年就在美国已经实现了，病人通过脑机接口控制机械臂抓取水杯，后面的人是监控这个试验，主要是病人自己的脑信号直接控制机械臂。

　　可以看到，这个机械臂拿着这个瓶子磨磨蹭蹭，比人自己抓麻烦很多，到现在还没有喝到。这里有一个问题，人是用眼睛看着手的位置，来做一个反馈，调整对手的控制，最后是喝到了。

　　这就是一个问题，刚开始是用眼睛进行反馈，没有进行触觉直接控制，要什么有什么，2016年就出现了有触觉反馈的脑机器人，这个人是一个明星，当时因为出了车祸，这是做了脑植入手术，这是刚才看到的电极的小探头，植入到脑内，外面有两个大的插头。

　　这个人为什么比较有名，因为当时他参与这个项目之后可以灵巧控制机械臂，比2012年的灵敏度强很多，2016年美国启动脑计划时，他收到了美国总统奥巴马的接见，展示了对机械臂控制的精确度。

　　还有一种情况，瘫痪的人还是有自己的胳膊和手，也可以控制机械臂，通过电刺激手腕上的肌肉做动作，比如手腕上有很多腕带，上面是电刺激位点，前面脑袋的东西跟前面志愿者一样，只不过这时候用电刺激手腕肌肉进行倒取和搅拌的动作，是这样一个情况。

　　由于近些年数字终端普及，很多瘫痪的病人想使用类似于平板电脑或者进行网上购物交流之类的需求。这些年，特别是在2017、2018年，通过脑控同样的设备打字，可以通过发送邮件功能都已经实现。

　　在2019年有一个新的突破，可以解码语言，这片红区域和人的语言高度相关的脑皮层区域。可以看到，这是一个志愿者，脑内采集神经信号，这个大的电极是一大片，和刚才的电极是不一样的，因为刚才提到跟语言相关的脑区范围很大，所以需要大型电极。那片区域主要是对喉部肌肉的控制，解码语言是跟控制胳膊一样，都是做运动的解码，通过人工智能算法，逐渐使得喉部肌肉运动。可以看到两者很像。

　　刚才提到进行了语言重建，在前年有一个通过闭环神经调控治疗精神病，现在主要治疗重度抑郁。这个设备有两个长的触须，精神疾病如果要治疗靶点和病灶不在一起，有一个病人幸运，两个点在一起，起到了症状缓解的作用。但是整体来说，精神类疾病往往是多脑区异常，需要多靶点协同调控才能更好治疗精神疾病。

　　去年有一个新的东西进入了临床，它是一种出道即巅峰的技术，刚才看到的都是给脑打洞是通过血管顺进去的，它其实就是血管支架，这个小小节点就是传感器的探头。

　　这里有我一个问题，只能在中间的大血管展开，否则容易血管堵塞导致脑栓塞，同时采集的是脑附近的信号，远端采集不到了，这也是一个不足，优点就是不需要脑袋打洞，从脖子把电极顺进去就可以。由于采集的信号区域比较小，这个信息量低，需要跟眼睛一起配合才能做在虚拟键盘打字的动作。虽然信息量不大，但是由于手术比较简单，所以进入临床比较容易，去年已经在美国开展了临床尝试。

　　作为脑机接口来说，激进的是马斯克搞的Neuralink系统，研制了专门的微型脑神经处理芯片，搭建了有线和无线两套系统，特别认为柔性的细丝需要专门的机器人植入脑内，这是一个试验，看起来是非常先进。

　　不过有一个比较大的问题，因为这种植入式脑机接口作为三类医疗器械监管是非常严格的，比如说去年马斯克提出申请医疗认可被拒绝了，美国FDA对这方面是有专门明文规定，主要是规定植入式脑脑机接口进入医疗领域的过程，特别是在2021年发布了这个指南，用以规范脑机接口技术在临床普及。

　　除了猕猴实验，前面讲的都是美国人做的这些尝试。中国在这方面起步刚刚起来，现在我们也努力做了一些东西。比如说像刚才介绍的脑控机械臂猴子，这就是我们实验室的类似展示，黑白图，猴子在布下面，刚做完手术，传感器、器件模组、采集装置，解读这个信号，当猴子清醒时控制机械臂进行操作。

　　另外，刚才提到实验室做得东西只能给动物用，我们要把脑机接口技术推到临床给病人用，就需要走商业化路线，这就是创立了微灵医疗，研发医疗级的脑机接口，基本上依托于前面的研究成果，比如柔性的薄膜形电极阵列，采集刺激一体的电子芯片，搭建了千通道的系统，依托这些技术推出了医疗级的解决方案，这就是一个无线的示意图。我们专门做了一个视频介绍整个系统以及产品设计。这些信号是我们自己采的猴子的信号，可以做一些脑控任务。

　　这是一个脑控机器人时代，我想起名叫霍金的特斯拉，如果霍金有这样的机器人，他的生活会自由得多。

　　最后展望一下未来场景。因为现在看到的元宇宙大家还是戴着VR眼镜，感觉很不自然，我认为脑机接口应该是元宇宙的终极形式，这种情况下大家不再需要感官，直接脑脑相连，实现真正的元宇宙。总结一下，通过研发植入式脑机接口技术实现心脑相连，谢谢大家。