經(jīng)觀頭條 | 瘋狂科學(xué)家連上腦機接口

張鈴2023-06-03 08:52

(圖片來源:CFP)

經(jīng)濟觀察報 記者 張鈴 戴上貼滿金屬片的頭罩,盯著模擬鍵盤,體驗者想打的字母就一一出現(xiàn)在屏幕上。這是經(jīng)濟觀察報記者5月29日在中關(guān)村論壇看到的一幕。

這項技術(shù),是近期科技、醫(yī)療領(lǐng)域最火的賽道之一:腦機接口。

腦機接口,顧名思義,是大腦和計算機之間的接口。在科幻電影中,殘疾人用機械臂彈唱,失語者開口說話,失聰者聽到聲音,人類靠意念指揮龐大的機械……現(xiàn)在,技術(shù)正讓科幻照進(jìn)現(xiàn)實。

5月4日,由南開大學(xué)教授段峰領(lǐng)銜的團隊,完成全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗。這項技術(shù)已與國際接軌。

5月25日,馬斯克旗下公司Neu-ralink獲準(zhǔn)進(jìn)行腦機接口人體試驗,這被視為腦機接口邁向商業(yè)化應(yīng)用的里程碑。馬斯克希望這項技術(shù)幫助視障和行動不便人士,恢復(fù)視力和行動能力。

中國科學(xué)家段峰,同事們戲稱他“瘋狂科學(xué)家”;世界首富馬斯克,人們視他為“最瘋狂的人”——這或許是人類對技術(shù)還缺乏想象力。

科學(xué)家希望攻克技術(shù)難題,企業(yè)家期待讓消費者接受全新的產(chǎn)品。在醫(yī)療和助老端,許多腦機接口產(chǎn)品落地了,幾年后,或許人們還將戴上AR眼鏡,用意念聽歌、購物,再久一些,癱瘓多年的人也許可以重新站起來。

5月29日,中國工信部宣布,將把腦機接口作為培育未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向,加強腦機接口應(yīng)用場景探索,加速推動腦機接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

同一天,中國最早開展腦機接口研究的學(xué)者之一、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院長聘教授高小榕告訴經(jīng)濟觀察報記者,腦機接口進(jìn)入了一個新的時代。

產(chǎn)業(yè)端,中國腦機接口概念板塊熱度持續(xù)上漲,多個概念股發(fā)布股價異動公告。截至6月1日,創(chuàng)新醫(yī)療、新智認(rèn)知等多個腦機接口概念股連續(xù)5個交易日漲停。

腦機接口技術(shù)安全嗎?能造“超人”嗎?能控制人腦嗎?精神自由、公平性如何保證?在人的大腦探秘路上,這些都是無法繞開的部分:倫理。

瘋狂科學(xué)家

愛吃的蘋果就在對面,但小猴子的雙手被綁住了。隨著“想吃蘋果”的意念產(chǎn)生,幾秒后,一兩米外的機械臂緩緩移動,將蘋果送到嘴邊。

一旁,猴子的主人、科學(xué)家段峰忍不住高喊:“蘋果來啦!”小猴子緩緩張嘴,咬下一塊蘋果,發(fā)出清脆咀嚼聲。

這是5月4日,在全球首例非人靈長類動物(猴)“介入式腦機接口試驗”手術(shù)后,現(xiàn)場拍攝視頻中的場景。

當(dāng)天上午9:00,中國人民解放軍總醫(yī)院,在肌肉麻醉后,手術(shù)開始了。神經(jīng)外科醫(yī)生吳東東屏息凝神,在猴頸部刺了個小口,將微導(dǎo)絲小心穿過血栓,定位在血栓遠(yuǎn)端,將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上,再撤出微導(dǎo)絲。順著血管,傳感器被送至矢狀竇,采集并識別猴子的腦電信號。

通過神經(jīng)介入放入顱內(nèi)支架,這樣的手術(shù)在人身上已很成熟了。這次,不一樣的是,科學(xué)家在顱內(nèi)支架上附加了腦電信號采集裝置,采集到的腦電信號,會被體外儀器解碼,從而實現(xiàn)對機械臂的控制。

手術(shù)室很安靜,兩個多小時后,手術(shù)完成,醫(yī)生和科學(xué)家都出了一身汗,衣服被浸濕。他們小心監(jiān)測著麻醉藥效還沒過的猴子,心率、呼吸一切正常。三四個小時后,猴子醒來,用意念驅(qū)動機械臂吃到了食物。

十多年前,段峰開始研究腦機接口,先后研究過侵入式、非侵入式、介入式(前兩者較為常見)這三大全球腦機接口技術(shù)路線。侵入式要在顱骨上鑿洞,把設(shè)備直接插入腦子;非侵入式要在頭上如戴帽子般罩一個網(wǎng);介入式介于兩者之間,將設(shè)備通過血管送入大腦。

段峰曾通過侵入式腦機接口控制老鼠的行為,也用非侵入式腦機接口控制輪椅、汽車,近幾年又投入介入式腦機接口的研究。

他告訴經(jīng)濟觀察報記者,除了休眠,腦機接口技術(shù)還可以用在教育、軍事、外太空等多個領(lǐng)域,腦卒中患者可以更快康復(fù)、人學(xué)習(xí)時可以不疲勞、記憶可以被復(fù)制或移植、人類可以實現(xiàn)休眠……

他曾通過刺激,讓大鼠體溫下降到24度,成功實現(xiàn)休眠。這一技術(shù)成熟后也能用于人類,可讓航天員在睡眠中度過孤獨漫長的宇航生活。

技術(shù)太超前了,段峰被不少同事稱作“瘋狂科學(xué)家”。

不少科學(xué)家有過類似經(jīng)歷。“瘋狂算是好詞,當(dāng)年,大家都說我在搞偽科學(xué),說這違反唯物主義。”清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院長聘教授高小榕告訴經(jīng)濟觀察報記者。

他是中國最早開展腦機接口研究的學(xué)者之一。20世紀(jì)90年代,個人計算機剛出現(xiàn),他就開始研究,想解決殘疾人使用個人電腦的問題。

即使在科學(xué)界,也幾乎沒人接受他的研究。他曾在申請項目時被趕下臺。

2000年前后,因為不被大眾理解,腦機接口領(lǐng)域舉辦學(xué)術(shù)會議時,約定過一項鐵律:不允許記者進(jìn)入腦機接口實驗室。

現(xiàn)在,高小榕對記者說:“歡迎來實驗室親身感受。”他的實驗室改變過許多學(xué)界同仁的看法,被質(zhì)疑時,他不做解釋,把人請過來看,用眼見之實證明科學(xué)。

過去半個世紀(jì),全球腦機接口實現(xiàn)了從科幻到產(chǎn)業(yè)落地的突破,從0到1,又從一生二。高小榕希望各界能協(xié)同攻關(guān),克服挑戰(zhàn),在未來50年,推動腦機接口實現(xiàn)二生三,三生萬物。

中國科學(xué)院院士、世界神經(jīng)外科聯(lián)盟執(zhí)委趙繼宗告訴經(jīng)濟觀察報記者,國內(nèi)腦機接口發(fā)展很快,雖離國際最先進(jìn)技術(shù)有一定差距,但讓漸凍癥患者完成打字、血管內(nèi)介入式腦機接口等技術(shù)已與國際接軌。

大腦神秘復(fù)雜,如果說它是一條1公里的路,人類才前進(jìn)了5厘米。三百多年前,牛頓建立了物理學(xué)大廈,而現(xiàn)在,腦科學(xué)還處在“前牛頓時代”,沒什么規(guī)律可言。“但要小心翼翼、一步步往前走,如同人類對癌癥知之甚少,卻嘗試用各種方式治療它。”柔靈科技首席科學(xué)家劉冰說。

馬斯克就希望能借助腦機接口,幫助視障者復(fù)明,讓行動不便人士恢復(fù)行走。出于對安全性的擔(dān)憂,美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)曾幾度拒絕其人體試驗申請,但最終在5月25日批準(zhǔn),這令行業(yè)感覺振奮。

宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主治醫(yī)師馬永杰告訴經(jīng)濟觀察報記者,在3-5年前,人們把馬斯克視作瘋狂的人,但隨著人體試驗的開展,這項技術(shù)的確能夠照進(jìn)現(xiàn)實。

科學(xué)家可以瘋狂,臨床醫(yī)生必須謹(jǐn)慎。馬永杰會幫科學(xué)家把關(guān),看技術(shù)的應(yīng)用場景是否真正符合臨床需求,而不是噱頭、熱點或概念。他曾在一年前與段峰合作,在一只羊身上放置介入式支架電極,那是中國第一例介入式腦機接口動物試驗。

科幻照進(jìn)現(xiàn)實

5月29日,在中關(guān)村論壇“腦機接口創(chuàng)新發(fā)展分論壇”上,高小榕發(fā)表完《腦機接口50年》的演講,下臺時,他穿過了由行業(yè)里科學(xué)家、企業(yè)家、醫(yī)生、投資人組成的“人墻”。

熱鬧前所未有。高小榕感慨,坐了多年“冷板凳”,板凳終于“熱”了。

2022年12月,馬斯克分享了一段視頻,猴子通過意念控制鼠標(biāo)和鍵盤打字。因為他自帶的明星光環(huán),人類迅速建立對腦機接口的認(rèn)知。進(jìn)入2023年,腦機接口一路“狂飆”,學(xué)界密集披露研究進(jìn)展,業(yè)界忙著融資、產(chǎn)業(yè)化。這一年也被部分從業(yè)者視為神經(jīng)技術(shù)的“分水嶺之年”。

往前看,技術(shù)早已照進(jìn)現(xiàn)實。2014年,一位癱瘓患者借助腦機接口,用意念控制機械外骨骼,完成巴西世界杯開球。2020年,浙江大學(xué)團隊借助腦機接口,幫助一名四肢癱瘓者控制外部機械臂與機械手,完成進(jìn)食、握手動作。

馬永杰介紹,3-5年內(nèi),腦機接口能收發(fā)短信、接打電話;未來可能承載意識、下載記憶甚至情感;在軍事領(lǐng)域,理論上可制造出“超級戰(zhàn)士”。

已經(jīng)有產(chǎn)品出現(xiàn)了,它們主要用于醫(yī)療和助老。在中關(guān)村論壇,博瑞康、華腦技術(shù)、柔靈科技、臻泰智能等企業(yè)展示了最新產(chǎn)品,包括腦控打字系統(tǒng)、腦控復(fù)健設(shè)備、輔助睡眠腦機設(shè)備、能夠監(jiān)測精神狀態(tài)的安全帽等。

醫(yī)學(xué)界人士對腦機接口有最多期待。趙繼宗說,作為一名醫(yī)生,他希望腦機接口能為患有意識障礙、偏癱截癱、阿爾茨海默癥、癲癇、抑郁等疾病的病人解決痛苦。

相關(guān)的臨床試驗有三類:

一是對意識障礙的病人,通過腦機接口判斷昏迷程度、有沒有可能蘇醒,“這對病人沒什么損害,臨床上在天壇醫(yī)院已普及了”。

二是關(guān)于脊髓損傷。一旦截癱,病人四肢或雙下肢就不能動,現(xiàn)在已成功在損傷階段放一個電刺激器,電刺激器發(fā)出信號后可幫助病人恢復(fù)行走。

“這已在臨床應(yīng)用,脊髓的刺激器已經(jīng)國產(chǎn)化。如何通過腦而不是刺激器來控制它,是下一步的研究方向。”趙繼宗提到,國內(nèi)有望今年或明年攻關(guān)這個項目。

三是在采集信號領(lǐng)域。通過術(shù)中清醒把麻醉病人喚醒,就可以精確采集信號,為腦機接口電極精準(zhǔn)放置提供技術(shù)支持。

高小榕相信,腦機接口將帶給人類顛覆和想象,與智能手機、ChatGPT屬于同一級別,甚至更加重要。這一觀點,獲得了多位受訪者的認(rèn)同。

技術(shù)的革命性進(jìn)步,總是以“廢除肢體”為代表,廢除腳,有了汽車;廢除手,有了機器人;廢除了眼,有人工視覺。“腦子是唯一不能廢的,未來人類要讓AI機器完全可控,必須依賴于腦機接口技術(shù)。”高小榕說。

柔靈科技創(chuàng)始人兼CEO孫瑜舉例說,通過神經(jīng)交互實現(xiàn)的AR眼鏡即將面世,人們可以不通過手,通過眼鏡自動購物、聽歌,做到無所不在的人機交互。

高小榕認(rèn)為,人類跟機器交流需要方向盤、鼠標(biāo)、鍵盤,隨著AI的進(jìn)步,它們都不足以滿足需求,腦機接口是那個有革命性突破的交流技術(shù)?,F(xiàn)在,腦機接口的性能只達(dá)到觸屏的一半,但未來十年會超過手機觸屏速度,達(dá)到人機交互的終極形態(tài)——人機合一。

掘金產(chǎn)業(yè)化

“投資市場對腦機接口技術(shù)信心不斷增強。”5月29日,腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長張倩提到,近年,資本市場看好以腦機接口為代表的神經(jīng)技術(shù)的發(fā)展前景,相關(guān)投資金額和投資筆數(shù)不斷增多,在資本孵化下神經(jīng)相關(guān)初創(chuàng)公司數(shù)量也在逐年增多。

國際市場研究機構(gòu) IMARCGroupe的數(shù)據(jù)顯示,全球腦機接口的市場規(guī)模在2021年達(dá)到了15億美元,預(yù)計到2027年,全球腦機接口市場規(guī)模將達(dá)到33億美元,約合238億元人民幣。

國信證券預(yù)計,腦機接口相關(guān)市場規(guī)模在2030-2040年期間可達(dá)700億-2000億美元。數(shù)據(jù)顯示,截至2023年4月,全球有1394起腦機接口相關(guān)融資事件,大多投融資以種子輪和A輪為主。

目前,中國已形成覆蓋基礎(chǔ)層、技術(shù)層與應(yīng)用層的腦機接口全產(chǎn)業(yè)鏈,并在醫(yī)療、教育、工業(yè)、娛樂等領(lǐng)域應(yīng)用落地。

2021年,馬斯克宣布腦機接口有望幫助癱患者恢復(fù)全身功能,同一年,美國宣布禁止腦機接口在內(nèi)的部分技術(shù)向中國出口。這讓許多投資機構(gòu)開始注意這一賽道,包括當(dāng)時重點布局元宇宙賽道的敦鴻資產(chǎn)。

敦鴻資產(chǎn)董事總經(jīng)理鄭華良說,他們將國內(nèi)腦機接口企業(yè)陸續(xù)聊了一遍,認(rèn)為侵入式是未來方向,但短期內(nèi)難以落地。他跟許多投資人交流過,感到大家普遍偏保守,想等產(chǎn)品出來以后再看。

當(dāng)時,國內(nèi)侵入式腦機接口最具代表性的公司腦虎科技直接告訴鄭華良:如果希望我們在5年內(nèi)有收入,就不必來投我們了??紤]良久后,敦鴻資產(chǎn)先投了商業(yè)化進(jìn)展更快的非侵入式。

創(chuàng)業(yè)時,孫瑜也選擇了更短時間能看到成果的非侵入式。錢、風(fēng)險、市場,這都是必須考慮的現(xiàn)實問題:“馬斯克的顧慮沒有那么多,腦機接口更像是他的一個‘玩具’。”孫瑜說。

馬斯克旗下公司Neuralink的23個參與芯片植入實驗的猴子中,已有15只死亡,這背后是侵入式腦機接口面臨的安全風(fēng)險和技術(shù)門檻難題。

高小榕介紹,腦機接口要把電極植入大腦,需要翻過三座大山。一是物理,要把世界上最硬的硅植入人體最軟的組織“腦”,如同把一根針立在豆腐上,要既接觸又不傷害豆腐;二是生物兼容性,解決人體免疫系統(tǒng)的排斥和感染風(fēng)險;三是信息,即如何解讀腦內(nèi)受到的海量信息。“我知道腦機接口代表未來,但你憑什么說它可以賺錢?”孫瑜經(jīng)常收到投資人的靈魂發(fā)問,他認(rèn)為這不單是柔靈科技的問題,是整個行業(yè)的問題。

瘋狂科學(xué)家可以甘坐冷板凳,創(chuàng)業(yè)者必須去人潮中蹚出全新的商業(yè)模式。

教育醫(yī)生、醫(yī)院、合作伙伴、消費者,讓大家打消顧慮,相信這是產(chǎn)品而非科幻,是孫瑜工作的重要內(nèi)容。前幾天,他忍不住問董明珠:“我們現(xiàn)在賣‘沒人知道’的東西,有沒有讓消費者接受新產(chǎn)品的思路可以分享?”

另一個讓不少掘金者困惑的新問題是,行業(yè)在迅速從冷清變得擁擠。“存在過熱的問題。”高小榕說。

2013年成立的海天智能,是首家將腦機接口產(chǎn)業(yè)化的中國企業(yè)。海天智能董事長張海燕告訴記者,五年前,剛剛實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化時,人們都在懷疑技術(shù)的真實性,但現(xiàn)在,好多企業(yè)在模仿、復(fù)制,用類似的模式去做產(chǎn)業(yè)化。

2022年底至今,在投資人普遍的保守態(tài)度中,腦虎科技、應(yīng)和腦科學(xué)、博瑞康、階梯醫(yī)療等侵入式腦機接口公司均獲得超億元融資,令不少業(yè)內(nèi)人士感到振奮。但劉冰觀察,融到錢后,侵入式賽道存在“內(nèi)卷”,集中做系統(tǒng)和電機,更核心關(guān)鍵的內(nèi)容如解碼則極少涉入。

在迷局中,人們抬頭看未來,多位受訪者認(rèn)為,未來腦機接口領(lǐng)域會出現(xiàn)如互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域BAT一般的巨頭。

“這是完全有可能的”,高小榕說,中國在腦機接口領(lǐng)域有較高的認(rèn)知和研究基礎(chǔ),跟美國形成交錯競爭的態(tài)勢。

張海燕認(rèn)為,隨著老齡化加深、腦卒中高頻和年輕化,腦機接口在中國醫(yī)療健康領(lǐng)域的市場將達(dá)萬億級。她透露,公司已實現(xiàn)盈利,正準(zhǔn)備科創(chuàng)板上市:“我有信心,公司未來市值會破千億。”

在中國,心瑋醫(yī)療(06609.HK)是唯一直接參與腦機接口研發(fā)的上市公司。心瑋醫(yī)療首席財務(wù)官張涵告訴經(jīng)濟觀察報記者,參與早期研究,是希望更好、更早了解到腦機接口技術(shù)的原理、通路和機理,隨著項目得到可行性和安全性論證,投入會有收獲。到了一定階段,公司也會跟支持科創(chuàng)的相關(guān)委辦局交流,看是否愿意支持項目,來自政府的資金和支持非常重要。

“瘋狂”之外

腦機接口能代替人類思考嗎?

趙繼宗告訴經(jīng)濟觀察報記者,從理論上說是可以的,從實際上說,涉及哲學(xué)、法律問題。

劉冰認(rèn)為,科學(xué)家一定要“瘋狂”,才能有更前沿的想法,但黑科技是雙刃劍,必須把科技掌握在文明手中。

清華大學(xué)信息國家研究中心助理研究員顧心怡介紹,除了安全性,腦機接口還涉及關(guān)于腦控、精神自由、公平性等倫理問題。

“必須規(guī)范腦機接口的使用”,高小榕解釋,其他的技術(shù)工具如方向盤、鼠標(biāo),都由人在清醒的狀態(tài)下控制,但大腦總有不清醒的時段,而且腦機接口理論上可把正常人的性能提高幾倍,變成“超人”,這都需要倫理規(guī)范。

腦機接口技術(shù)已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略。此前,“十四五”規(guī)劃第一次將腦機技術(shù)寫入需攻關(guān)的重點技術(shù)品類中。三個月前,中國信息通信研究院聯(lián)合幾十家相關(guān)領(lǐng)域高校、科研機構(gòu)、企業(yè)發(fā)起成立腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(以下簡稱“聯(lián)盟”),對行業(yè)進(jìn)行規(guī)范和引導(dǎo)。

5月29日,聯(lián)盟發(fā)布《腦機接口倫理原則和治理建議書》,希望引發(fā)更多主體關(guān)注腦機接口,參與倫理共治。

相關(guān)支持力度在加強,在業(yè)內(nèi)也有擔(dān)憂的聲音。一位科學(xué)家告訴經(jīng)濟觀察報記者,這是否可能限制探索技術(shù)的自由度?高小榕沒有這樣的擔(dān)心,他認(rèn)為學(xué)術(shù)探索始終應(yīng)該是自由的,但產(chǎn)業(yè)必須有所規(guī)劃和限制。

趙繼宗把聯(lián)盟視為產(chǎn)業(yè)與技術(shù)溝通的橋梁,將為腦機接口發(fā)展提速。他認(rèn)為,接下來需要讓政府部門參與協(xié)調(diào)產(chǎn)學(xué)研用,讓技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、為更多病人服務(wù)。

多位科學(xué)家提到,腦機接口需長期穩(wěn)定投入,這個過程可能無法追求回報,只能是國家行為,比如找院士去領(lǐng)頭研究。一個有創(chuàng)腦機接口的課題組至少需10人,包括主刀醫(yī)生、訓(xùn)練動物的、做材料的、做算法的、做系統(tǒng)的研究者,幾乎只有院士級別的科學(xué)家能把團隊聚攏起來,且需要很好的靈活性和考核機制。

國家做好人才儲備也非常關(guān)鍵。目前,腦機接口的主要研究力量在高校,許多企業(yè)也是高校的延伸,還未完全獨立。作為擁有極高壁壘的產(chǎn)業(yè),腦機接口涉及計算機信息處理、神經(jīng)科學(xué)、生物技術(shù)、材料學(xué)等學(xué)科,需要復(fù)合型人才。

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