中关村对话|院士专家讨论:侵入式与非侵入式脑机接口“哪家强”


中国的脑机接口技术的最新进展有哪些?脑机接口技术未来将走向何方?在近日举办的中关村论坛分论坛“脑机接口创新发展与应用论坛”上,新京报贝壳财经记者在论坛现场采访了中国科学院院士赵继宗、中国工程院院士顾晓松、天津大学副校长明东、浙江大学教授潘纲等多位脑机接口行业专家,就侵入式与非侵入式脑机接口路线的各自优势、脑机接口产业发展过程中有哪些掣肘、脑机接口与人工智能能否交叉发展等问题进行了探讨。

一、两类脑机接口:侵入式信号好 非侵入式空间广

 

简单按照开颅与否来看,脑机接口分为侵入式与非侵入式两种。贝壳财经记者观察发现,目前在医院临床使用,特别是用于治疗癫痫的脑机接口主要为侵入式,该技术已经趋于成熟,在治疗癫痫上成效显著。而落地商业化的脑机接口产品,如用于改善睡眠或监测疲劳驾驶等的应用则大多数是非侵入式的。

 

对于侵入式与非侵入式脑机接口各自的优缺点,中国科学院院士、神经外科医学家赵继宗在接受贝壳财经记者采访时表示,二者各有优势,“侵入式脑机接口将芯片直接贴在大脑皮层上,接收到的信号精度高,但需要开颅。虽然现在开颅可以通过微创手术实现,创口可能只有一两厘米,但放入人体的异物会导致免疫反应,时间长了电极会被包裹导致信号失效,也有可能有感染的风险。非侵入式脑机接口的电极在可穿戴的帽子上,信号强度不如侵入式的,但不用开颅。这两类技术都在各自克服自己的问题,不断向前发展。”

 

赵继宗正在接受贝壳财经记者采访 图/新京报贝壳财经记者罗亦丹 摄

 

论坛当日,脑机接口产业联盟在论坛发布了《2024脑机接口产业十大创新案例》,全面展示出我国脑机接口核心技术、关键产品、行业应用的最新突破。贝壳财经记者注意到,其中大多数产品为非侵入式脑机接口。

 

十大创新案例之一的“AiHAND Expanse BCI-人工智能多模态脑机接口平台与系统”申报单位为上海术理创新智能科技有限公司,该公司副总裁樊坤君在接受贝壳财经记者采访时表示,在临床阶段真正用到老百姓身上的,一定是非侵入式的快些,所以公司就在该领域里落地,同时产品也在医院临床应用,“我们能入选十大案例,就是因为我们有了脑机接口真正走入临床、走入医学应用的典型场景。神经系统疾病其实有很多领域,在每一个方向上脑机接口的发展前景都是巨大的,同时由于在临床做产品所需要的技术难度很大,在这一领域做好后,再应用到消费级市场会更为简单。”

为什么国内非侵入式的脑机接口产品多?在赵继宗看来,这是因为侵入式脑机接口比较难,实验室可以有各方面的经费支持研究,而对于希望短期有收获的企业来说是有成本的。不过,赵继宗透露,目前瘫痪的患者对于侵入式脑机接口的植入有一定的接受度,他们愿意做出尝试。”

 

贝壳财经记者注意到,在国外热炒的马斯克旗下“神经链接”公司的脑机接口技术就是典型的侵入式。而国内首例侵入式脑机接口的临床转化研究则由浙大的脑机接口研究团队进行。今年4月23日,浙大团队还公布了最新的进展:成功实现了侵入式脑机接口控制机械臂书写汉字。

 

论坛现场,浙江大学教授、脑机智能全国重点实验室主任潘纲告诉贝壳财经记者,浙大团队的脑机接口要把微电极阵列植入到患者的脑皮层内部进行信号采集,这样信号更加精确,“从产业角度来说,脑机接口肯定要跟应用场景结合起来。如果非侵入式脑机接口采集的信号不能满足应用要求,而使用者也愿意接受有创或微创,就不妨可以尝试侵入式的。像意念汉字书写,目前还是需要侵入式脑信号。”

 

潘纲正在接受贝壳财经记者采访 图/新京报贝壳财经记者罗亦丹 摄

 

天津大学团队在非侵入式脑机接口方面深耕多年。天津大学副校长、脑机交互与人机共融海河实验室执行主任明东在接受记者采访时表示,非侵入式脑机接口相对更加安全、便携、使用潜力更大、人群更加广泛,从长远看信号采集质量的差距不是根本性问题,能否实现全脑监测才是下一步亟待关注的重点,“过去十几年之中,非侵入式可监测的精度实现了大幅度跃升,信号质量的问题不是无法回答的问题,可以被材料技术、感知技术的进步协同推动,要冷静理性客观地看待两条路线,他们都在向着克服短板、发挥长处的方向改进,两者殊途同归,最终一定会顶峰相遇。”

 

二、脑机接口的隐忧:技术难点与伦理安全问题

 

在接受记者采访时,赵继宗坦承,脑机接口的应用距离成熟还有一段距离,“现在都是在实验室里,有特定的场景和特定的操作人员、被实验人员。如果想发展到‘一片退烧药谁都可以吃’的程度,还有好几步要走。比如现在脑机接口的芯片各家都在生产,但缺乏一个标准;还需要长期的,不是3到5年甚至8到10年的临床试验。此外,脑机接口虽然现在有技术进步,但目前我们对人脑和疾病的认识本身就不足,比如使用脑机接口检测到抑郁时出现的脑电特征就刺激一下,但为什么会抑郁?,机制我们还不完全清楚。”

 

潘纲表示,控制机械臂书写汉字,一个核心难点是算法的解析,弄懂脑电信号到底写出来是什么?这是其中最大的突破,这一点上,汉字比英文字母更难。贝壳财经记者注意到,在浙大方面此前公布的案例中,患者面对汉字图片,使用意念控制机械臂又写出了同样的字体。对此,潘纲告诉记者,图片主要起到提示作用,即便不放图片,患者依然可以通过在心中默想写字笔画写出汉字来。

 

清华大学长聘教授高小榕在接受记者采访时表示,要想高速高效实现脑机接口产业的发展,芯片和电极很重要,这方面芯片仍然受到了制约。此外,脑机接口也存在一定的伦理安全问题,“脑机接口的芯片植入大脑时,会对人有各种各样的影响,这不像常规的键盘鼠标,可以随时想不用就不用,所以必须在利益与风险之间找到平衡点,不能伤害大脑。同时,要对这项技术进行严格监管,并做好脑数据隐私保护。”

 

论坛上,赵继宗发布了《神经系统疾病脑机接口临床研究实施与管理的中国专家共识》。他提到,脑机接口已经形成产业,“厂家在生产,医院也有需求将其进行临床应用,但目前尚未有相应的伦理规范落地,来监管临床研究实施。”

 

对于脑机接口产业发展的注意事项,明东则在接受记者采访时强调,在脑机产业非常热闹的当下,从业者尤其要保持冷静、理性与客观的态度,不能提前透支社会对脑机产业的信心,防止泡沫化、炒作化,共同推动这一技术健康有序发展,沉下来做好基础原创的科研突破才是关键。

 

在采访中,赵继宗和高小榕都谈到了脑机接口未来如果真正实现了技术飞跃之后可能面临的安全问题,包括未来脑机接口是否会导致其他人更容易窥探使用者的隐私,使用脑机接口后,是否会导致意识控制,从而引发一系列法律问题。

 

三、脑机接口的未来:与大语言模型的交叉

 

对于脑机接口的未来,中国工程院院士顾晓松在接受记者采访时表示,目前脑机接口的应用场景比较特殊,主要是针对瘫痪病人一类患者。未来要解决的是,怎么让普通人的生活中、各行各业都能应用到脑机接口技术,怎么把场景拓展运用到服务,进而带动数字产业、信息化产业。

 

“脑机接口这几年发展很快,它结合了人工智能等多种科学,为现在的科学技术创新带来新的契机,因此它能解决很多以前不能解决的问题。我们遇到一个疑难杂症,或者要设计一个很复杂的系统,未来可以通过脑机接口和人工智能很快处理,从而为人提供方便。”顾晓松说。

 

在采访中,许多专家对脑机接口与另一个火热的技术:人工智能大语言模型是否有交叉的可能也提出了自己的观点。

 

赵继宗向贝壳财经记者解释,现有研究已经发现,大脑中并非某一区域单纯的负责某个功能,比如感觉和运动功能是相互穿插的,神经网络和互联网一样都有连接和节点,所以生物学科和计算机学科也在逐渐靠拢。

 

在高小榕看来,AI和脑机接口的互动是双向的,“目前脑机接口很大一部分发展特别是算法的发展就借助于AI技术的提升,让我们能够把(脑电)信息提取出来。同时,脑机接口也能够促进AI的发展,比如现在身份认证有很多种方式,但我认为终极的身份认证方式是‘脑纹’认证,其他比如指纹、虹膜等容易被替代和盗取,但‘脑纹’不容易被盗取。”

 

“现在,脑机接口完整的知识体系、学科体系正在建立,天津大学也最早进行了尝试。最近我们也在考虑专门做单独的脑机接口人才培养体系,这个体系的建设难度很高,因为他不是要把两条平行线进行交叉,而是要进行融合,融合时要进行远缘学科交叉后的化学反应。”明东告诉贝壳财经记者。

 

“从知识体系上来说,这对我们的挑战非常大,因为它涉及的门类很多,我们的同学可能在脑机接口不同映射的领域中,有些偏微电子、集成电路,有些偏人工智能,也有偏医学临床应用,怎么让这些同学有一个共同的内核知识体系,同时也有自己的特色,我们正在思考。”明东说。

 

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