马斯克“死磕”的脑机，其实各国早就都盯上了！

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当下，脑机接口逐步走进大众视界。

其实，脑机接口背面的技能，现已存在了近百年。而作为人类了解本身的“终极边境”——脑科学，国际各国早已将其上升为国家科技战略要点。瑞士、美国、日本、欧盟等国家和地区都在活跃布局，推出了针对脑机技能的许多严重研制方案及出资项目。Meta、谷歌、亚马逊等商业巨子在脑机接口范畴的效果，也不断呈现。

脑机接口究竟是一个什么技能？为何各国都要抢占“大脑制高点”？

文｜王乙雯眺望智库调查员

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当山公用意念打字

2022年11月底，埃隆·马斯克在他的脑机接口公司Neuralink的发布会上，向大众展现了山公用意念打字的场景。只见这只事前被植入了脑机接口芯片的山公一边嘬着吸管（里边装着香蕉奶昔），一边用意念操控光标在虚拟键盘上移动，拼写出了“welcome to show and tell”（欢迎来到发布会），接着又打出了“can i please have snacks”（可以给我零食吗）。

所以，作业人员将电子菜单递了曩昔，山公在上面的生果中敏捷挑选了葡萄。

【注：Neuralink在对山公的练习中，采纳的鼓励强化办法类似于条件反射，每逢山公参加了试验、完结了一次操作，就会得到香蕉奶昔等美食的奖赏。】

Gif 来历：Neuralink

山公这是学会英语了？其实它并不会拼写英文。而是电脑现已预先设置好了字母呈现的次序，并用黄色标亮以提示山公用意念将光标移动到高亮字母上将其选中，然后顺次拼出。

曩昔三年，这家脑机接口公司每年都会发布其技能的展开，试验方针也从小鼠、猪变成了与人类更挨近的山公。2021年，Neuralink公司还展现过山公经过脑电波玩“意念乒乓球”游戏的场景。

马斯克还表明，他们下一步要展开人脑试验。他期望为大脑做的这个通用的“I/O接口”，可以协助那些罹患渐冻症、中风后遗症等病症的人群。一起，他说到Neuralink还将推出脊髓植入物和眼部植入物，前者“能让脊髓开裂的人康复全身功用”，后者“可以改善或康复人类视力”。

不过在业界看来，Nueralink的展开并不算快的，因为该公司的人体试验迟迟未获得美国食品药品监督管理局（FDA）的答应。但它的竞争对手Synchron，在2021年就现已获得了FDA的人体试验答应，先后在四名澳大利亚瘫痪患者身上植入芯片设备。

别的，Nueralink还不断呈现人事变动，现在8位创始人除了马斯克，就剩余1位工程师了。

这些如同都没有不坚定马斯克跟脑机接口“死磕”的决计，不由令人猎奇，究竟是怎样的一种技能？

一个近百年的技能，迎来了迸发期

其实，“用意念打字”背面的脑机接口技能现已存在了近百年。

早在1924年，德国精神科医师汉斯·贝格尔（Hans Berger）就经过检测发现了脑电波，这意味着人的知道可以转化成电子信号被读取。尔后，脑机接口技能的研讨开端呈现，但直到20世纪70年代才真实逐步成形。

其时，美国加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔（Jacques Vidal）在科学文献中初次用到“脑机接口”这一术语。1977年，他经过提取视觉诱发电位，完结了经过脑电对屏幕上光标样物体的操控，这是脑机接口最早的试验室完结办法，也意味着该技能的展开由幻想进入了研讨阶段。

怎么了解脑机接口的概念呢？要从咱们的大脑谈起。它是人体的操控器，首要由神经元组成，数量多达860亿个，可以说是国际中最杂乱的存在之一。大脑神经元对信息进行接纳、处理和转发，神经元之间经过级联办法构成网络，这些网络进一步构成更杂乱的交联网络。通常情况下，中枢神经体系的活动经过外周神经体系衔接身体的感觉、运动、言语等信息收发器官，完结身体内部与外部环境的信息交互。

而脑机接口则由“脑”+“机”+“接口”组成，简称为BCI（brain-computer interfaces），指的是将人脑与外界具有处理或核算才能的设备（比方电脑或其他设备）完结衔接，进行直接通讯的办法。

咱们的大脑杂乱精细但又极度软弱，一点疾病就或许让人束手无策。为了了解大脑，科学家们至少花了200年时刻。据我国科学院院士、上海脑科学与类脑研讨中心主任蒲慕明所述，现在咱们对神经细胞怎么处理信息了解得很清楚，可是对整个大脑杂乱的网络结构了解仍不多。“究竟是什么原理使得神经细胞在某种情况下产生某些反响，咱们并不是很清楚；还有大脑中的信息处理，咱们对各种心情的感知，还有一些高档认知功用——思想、选择乃至知道等，了解得比较浅显。”

经过脑机接口技能，咱们就可以全面地解析知道大脑了。一起，它也是神经修正范畴最有潜力的医治东西，关于医治神经功用危害引发的疾病具有重要价值。

时刻回到20世纪80年代至90年代，科学家们不只研制了可行的脑机接口体系，还界说了几种首要范式，完结了脑机接口技能真实的破冰，这些范式至今仍在选用。

1988年，法韦尔（L.A.Farwell）和唐钦（E.Donchin）提出了闻名的脑机接口范式——“P300拼写器”，该范式经过检测电位输出方针字符，协助瘫痪病人与外界进行通讯和交互。

1992年，埃里希·萨特（Erich E. Sutter）提出了根据视觉诱发电位的脑机接口体系。这是根据视觉诱发电位的脑机接口范式初次被使用于临床，协助肌萎缩侧索硬化症（又称“渐冻症”）患者以高于10个单词/分钟的速度向外界传递信息。

1998年，埃默里大学的研讨员菲利普·肯尼迪（Philip Kennedy）初次将脑机接口装备植入人体，运用无线双电极获得了高质量数据，完结了对电脑光标的操控……

进入21世纪以来，尤其是最近10年，在机器学习算法和脑电信号处理技能快速展开的布景下，脑机接口的技能迎来大迸发。大批多元化范式呈现，如视觉BCI、言语BCI、情感辨认等；消费级脑电传感器和脑机接口体系面世，不只在临床医学上的使用得到快速推进，非医学范畴如心情辨认、虚拟实际和游戏等方向上也呈现了测验与探究。

脑机接口带来了哪些或许？

那么，脑机接口体系是怎么作业的？从作业流程上看，它有四个中心部分：信号收集、信号处理、信号履行和神经反应。

我国信息通讯研讨院的陈述显现，脑机接口首要触及6种关键技能：

脑机接口关键技能。来历：我国信息通讯研讨院《脑机接口整体愿景与关键技能研讨陈述（2022年）》

依照信号收集的不同办法，脑机接口分为植入式和非植入式。植入式脑机接口，是指对深化到颅内以下的安排进行信号收集和记载，是一种有创的办法。长处是记载的信号时空分辨率高、信息量大，可以对杂乱使命进行实时、准确操控。

非植入式脑机接口采纳选用无创收集技能，在头皮外表或邻近收集大脑呼应信号。因为其安全无创得到广泛使用，但受限于脑外收集的强度与噪声搅扰，现在可完结的交互功用有限。

威斯康星大学生物医学副教授、神经影响设备研制人员基普·路德维格（Kip Ludwig）描述道，“这就像听两个人说话相同，一个是站在他们周围听他们说话，一个是在房间外面听他们说话”。

那么，当下脑机接口的研讨展开怎么，又带来了哪些改动呢？

*用意念“手写”，准确率可达99%

2021年，来自斯坦福大学的研讨者初次破解了“与手写笔迹相关”的大脑活动，其开宣布的皮质内脑机接口体系，让研讨受试者（因脊髓丢失瘫痪）每分钟可以打出约90个字符，是以往使用此类脑机接口打字记载的两倍多，而且在线原始准确率到达了94.1%，主动更正后的离线准确率超过了99%。

以往，脑机接口的首要功用是康复患者的“运动技能”，比方凭借脑机接口设备操控机械臂抓取物品、移动电脑光标、点击字母输入等。而这位65岁的受试者“幻想着用笔在纸上写字”，此刻其大脑中植入的电极检测到了他企图写字的活动，算法会对每个字符对应的形式进行解码，并转化成可在屏幕上显现的文本。

相关论文登上Nature（《天然》）杂志，封面上还展现了用脑控“手写”出的字母。

Nature（《天然》）杂志封面来历：Nature杂志官网截图

加州大学伯克利分校的神经工程师乔斯·卡梅纳（Jose Carmena）以为，“这项研讨以及其他同类研讨在协助各类残疾患者方面具有很大潜力。尽管研讨结果仅仅开端的，但依然是该范畴的严重前进。”

*身穿“机械战甲”，瘫痪少年为国际杯开球

2014年，脑机接口范畴的学术奠基人米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）为一位瘫痪少年做了一套“机械战甲”，让少年用大脑操控机械外肢，成功为巴西国际杯完结了开球。

Gif 来历：视频截图

早在1999年，米格尔就发明出了一台可以让人类大脑操控机器运动的设备。该体系可以从神经元中读取信号，并将其转换为机器指令，这个进程就好比人类大脑将信号先发送到脊髓，然后再到肌肉的办法。

2008年，米格尔团队成功完结一个十分闻名的试验。他们在一只名为Idoya的成年雌性恒河猴大脑中植入了一次可以读取250-300个神经元信号的电极。当Idoya在杜克大学试验室的跑步机上跑步时，放置于日本的人形机器人开端接纳信号，不久之后也开端进行运动。

2011年，米格尔推出了自己的“重拾行走方案”（Walk Again Project），之后得到了巴西政府的财务支撑，再之后就有了巴西国际杯上，高位截瘫的男孩完结开球的动听一幕。

别的，在运动辅佐上，还有一些非植入式脑机技能也获得了惊人的效果。2019年，BrainCo做出了全球榜首款脑控机械义肢产品——智能仿生手，经过收集残疾人残肢结尾的肌电神经电信号，用深度学习的算法来复原残疾人的运动目的，并让假肢履行相应的动作，做到“手随心动”。而且，用户不需求做任何的手术，直接在残臂上布上一群高通量的信息收集器，收集他的肌电和神经电。

*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衔接眼睛和大脑的神经，42岁的戈麦斯失明，乃至感触不到一点光线，16年后，58岁的她经过新技能重获视觉——尽管看到的仅是黄白色的点和图画。

该体系由米格尔·埃尔南德斯大学神经工程系主任爱德华多·费尔南德斯（Eduardo Fernandez）带团队研制，包含一副经过改善的眼镜（该眼镜装备了微型相机，而且已衔接到处理实时视频输入的核算机，并将其转换为电子信号），经过悬挂在天花板上的电缆将体系衔接到嵌在戈麦斯头骨后部的端口，并与大脑后部视觉皮层中的100根电极植入物相连。凭借该体系，戈麦斯能看到吸顶灯、人和印在纸上的字母、根本图形，乃至能玩一款简略小游戏。

大多数失明患者可以经过人工眼睛或视网膜的辅佐康复必定程度的视力，但对那些衔接视网膜和视觉皮质的神经遭到危害的患者而言，这种办法并不管用。费尔南德斯经过植入技能，直接向大脑传输信号，完结了打破。

*有望协助航天员完结杂乱的作业使命

跟着载人航天的展开，航天员在太空的作业也日趋杂乱。为了打破双手操作的约束，我国航天员现已开端试验一种脑机交互技能。

在神舟十一号载人飞翔中，咱们的航天员完结了人类历史上初次太空脑机交互试验。航天员戴上脑电帽后，还要涂上导电膏。当导电膏从脑电帽的小孔内注入今后，导电膏里的细粒就可以填充在触摸面的缝隙里，相当于增加了收集脑电信号的触头和头皮的触摸面积，可以让脑电帽更好地收集到头皮的脑电信号。准备好后，航天员完结了视觉影响试验、运动幻想试验，还经过知道操控拼写。

为何各国都在加快布局？

环顾当时国际，瑞士、美国、日本、欧盟等国家和地区都在活跃布局脑机接口范畴，推出了针对该技能的许多严重研制方案及出资项目。

早在2005年，瑞士科学家就提出过轰动一时的“蓝脑方案”——仿制人类大脑。以“撤除之后再重建”的思路，逆向工程树立哺乳类动物的模仿脑。方案先对小鼠脑安排和整个小鼠大脑进行模仿和重建，终究完结人脑的数字重建和操控。

该方案称将为阿尔茨海默症等疾病带来革命性展开，并研制出更智能、认知才能更强的机器人，乃至协助找到让核算机处理速度更快的办法。

在“蓝脑方案”的根底上，2013年，欧盟推出了由15个欧洲国家参加、预期10年的“人类脑方案”。该方针是开发信息和通讯技能渠道，神经科学家、大脑研讨者、医学界人士、核算机科学家和机器人专家构建一个强壮的东西集，协助他们以更高的功率研讨大脑。

资料显现，“人类脑方案”共有6个研讨渠道，它们有机地结合在一起：神经信息学渠道供给有关大脑的最新数据；大脑模仿渠道使用这些数据树立大脑模型；这些信息为神经机器人渠道、神经形状核算渠道以及高功用剖析核算渠道供给理论支撑；最终5个渠道的数据，都能为医疗信息学渠道所用，增强科学家和医师对大脑疾病的了解，以寻觅新的医治办法。

美国在脑研讨范畴一向位居国际抢先地位。2013年，时任总统奥巴马发动根据立异式神经技能的脑研讨方案（Brain Research through Advancing Innovative Neuro-technologies，BRAIN），简称“脑研讨方案”，其方针包含探究人类大脑作业机制、开发大脑不治之症的疗法等。数据显现，美国联邦政府2017财年预算中，“脑研讨方案”的预算增至4.34亿美元，与2016财年比较增幅近45%，更是2014财年的4倍多。

据报道，在2013年头的国情咨文中，奥巴马就特别说到了人脑绘图方案：“现在是太空比赛以来，美国的研制水平到达新高度的时分了”，一语道出背面动机——抢占脑科学研讨战略制高点。

与之并行的是，美国国防高档研讨方案局（DARPA）近年来也发动了数十项旨在进步对大脑动态和机制的了解、推进相关技能使用的项目。

2014年，日本也发动了脑方案，包含三个主题：制作非人灵长类（狨猴）大脑的结构和功用图谱、展开立异神经技能，以及人类大脑的结构功用重建和临床研讨。

面对国际科技前沿，我国也在不断发力，从“十三五”规划到“十四五”规划，脑科学都被列为要点前沿科技项目。2021年，酝酿多年的“我国脑方案”正式发动。

蒲慕明院士在采访中指出，“我国脑方案”有三个方向，分别是作为认知功用的神经根底、严重脑疾病的确诊和医治办法，以及脑机智能技能。其间，脑机智能技能包含脑机接口和类脑研讨。他一起以为，咱们要“有所为，有所不为”，要“抓到重要范畴，占一席之地”，还要在“有优先的范畴先抢先”。

中科院院士、神经生物学家、生理学家杨雄里也曾强调过一个科学界的一致——对脑的研讨是天然科学的“终极边境”。首要，咱们对脑的了解依然很浅薄，特别是对脑的高档功用的探究与解说；其次，脑和神经体系的疾病会影响人的思想等高档功用，然后影响整个社会的展开；最终，怎么学习脑的作业原理来推进听工智能和其他学科的展开，也有很重要的含义。他指出，当时各国都在大力展开脑科学的研讨，咱们正面对严峻的应战。

未来已来，在应战中抢占先机

不过，国内外脑机接口研讨范畴均面对一些没有打破的前沿问题。

首要，“读”信号难，“写”信号更难。脑机接口是信息的交互，信息不只要输出，还要输入。这要求咱们不只要读懂脑信号，还要能进行干涉和医治。清华大学医学院教授洪波曾在讲演中指出，咱们现已渐渐知道到，脑机互联最难的一件工作是大脑怎么表达信息。以当时的技能，咱们最多只能在特定脑区收集部分神经元信号，以小见大。科学研讨对大脑神经的解码和编码机制的了解，还处在十分初级的阶段。

其次，在硬软件技能上仍需寻求打破。比方，对植入式脑机接口来说，尽管收集信号会愈加准确且安稳，但其长时间安全性和兼容性还有待验证，需求在临床上继续调查和优化。再如，脑机接口体系的带宽缺乏，难以支撑未来脑机之间高速通讯的需求。正常人类大脑经过860亿个神经元操控人体的活动，而根据现在的脑机接口技能，最多只能一起记载大约1000个神经元的活动及信号发放。

一起，脑机接口还面对着安全性和道德的应战。假如某天咱们的大脑可以被恣意读取，又该怎么维护数据和设备的安全性？怎么确保技能不被乱用，确保技能的安全性与公平性，仍需求咱们考虑与完善。

咱们也应看到，在生命科学和信息技能的彼此启示与推进下，脑机接口不断获得打破。

比方在神经定位上，我国科学院院士、海南大学校长骆清铭带领团队开发了一种被称为显微光学切片断层成像（MOST）的技能，从介观层面来调查大脑，可以对脑功用的根本单元神经元细胞的完好形状及其组成的全脑网络联接进行明晰成像。该技能已在国内外十余家神经科学研讨单位使用，包含美国的艾伦脑科学研讨所、冷泉港试验室都在申请用MOST技能展开全脑细胞类型普查研讨。骆清铭表明，“现在全脑介观神经联接图谱方案现已开端起跑，我国有望在这一大科学范畴拔得头筹，跑在国际前列。”

再如柔性电极的使用。哈佛大学维斯研讨所（HWI）和约翰·保尔森工程与使用科学学院（SEAS）的科学家开宣布了一种根据水凝胶的新式柔性电极。这种电极具有杰出的安排贴合性，所需电压较低，且可将危害器官的危险降至最低。相关论文现已刊登在《天然·纳米技能》上。

我国在柔性电极上也一再立异，中科院上海微体系所副所长陶虎带领的团队别出心裁，巧用蚕丝蛋白，开宣布了“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口体系”，使得脑机接口不再是“往豆腐里插筷子”，而是引进一根软到难以危害脑安排的轻柔丝线。

陶虎曾撰文表明，“脑机接口是下一个生命科学和信息技能穿插交融（BTIT）的主战场”，触及微电子、神经科学、资料学、机器人、临床医学等多个学科，产学研医穿插交融、环环相扣。

未来已来，人类将被这种新式的、具有潜在破坏性的技能赋予怎样的能量，值得重视。

参考资料：

1.脑机接口整体愿景与关键技能研讨陈述|我国信息通讯研讨院.2022.11

2.当山公会意念打字后，马斯克又要“整活”了|果壳.2022.12.01

3.脑机接口技能怎么改动听类未来|侯林.科普时报.2022.12.09

4.蒲慕明院士：人类对大脑了解还很浅显，脑科学未来有三大展开方向|格致论道.2019.06.22

5.杨雄里：我国展开“脑科学方案”需求只争朝夕|广州日报.2018.04.24

6.我国脑方案”已发动，树立我国人脑健康多维度大数据库|光明网.2021.10.28

7.“我国脑方案”：向最终的前沿进发|央视网.2022.08.13