在科幻电影中,经常有这样的场景:残疾人可以用机械臂自如地弹唱,人类依靠意念指挥着庞大的机械……其实,这些神奇的场景都是以一种技术为基础的——脑机接口技术(Brain Computer Interface,简称BCI)。
埃隆·马斯克2021年12月初在华尔街日报CEO理事会峰会上表示,希望明年能在人类身上使用脑机接口技术公司Neuralink的微芯片装置。目前正在等待美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。由马斯克2016年联合创立的Neuralink公司正在开发一种微芯片,该芯片可植入人类大脑记录并刺激大脑活动,将被用于医学领域。马斯克声称,该芯片将用于治疗脊髓损伤、帕金森氏症等脑部疾病和神经系统疾病。
猴子用意念玩模拟乒乓球游戏
2020年8月29日,马斯克在活猪身上演示了“脑机接口”技术Neuralink。该装置实现了对猪行为轨迹的精准预测。
2021年4月9日,Neuralink展示猴子用意念玩模拟乒乓球游戏《Pong》。这只猴子大脑中成功植入了脑机接口,通过脑电波控制球拍。大脑中的设备记录了猴子玩游戏时神经元放电的信息,学习预测它将做出的动作。
马斯克说:“Neuralink在猴子身上运行良好,我们实际上做了很多测试,只是为了确认它非常安全可靠,我们也可以安全地取出Neuralink装置。”
今年有望在人类身上应用
“我们希望今年在首批人类身上,也就是那些有严重脊髓损伤,如四肢瘫痪的人身上应用Neuralink装置。”马斯克补充说,“我认为有机会让无法行走或无法使用手臂的人再次恢复行动力。”根据马斯克的说法,Neuralink的“植入设备的标准大大高于FDA的要求”。植入了Neuralink大脑芯片的人,只需用大脑就能向电脑下达指令。
马斯克多次重申,Neuralink的大脑芯片是为瘫痪患者量身定做的。同时,它也允许人类“扩展”他们的能力。
马斯克在其推特上重申了2022年Neuralink产品的时间表。他说:“明年,当我们在人体上安装设备时,进度将会加快。”
A
正应用到更多领域 发展前景可期
科学家积极探索脑机接口技术的实现与应用,医疗领域将是脑机接口技术的主要用武之地,例如利用脑机接口技术,使残障患者通过控制机械臂进行活动。
除医疗领域外,脑机接口技术目前还被广泛应用于航空航天、教育、娱乐等多个领域。例如在航空航天领域,脑机接口技术可以帮助航天员用大脑更好地操控机械设备,在特殊的环境下执行任务等。未来,脑机接口技术将应用到更多领域,发展前景值得期待!目前,在医疗领域,我国也不乏成功应用的案例。
脑机接口应用新突破!浙大团队研发脑“反导系统”抑制癫痫
“过去每个月要发病20多次,这个月仅在系统关闭做对比研究时发作了1次。”2021年4月19日,首位接受我国自主研发的首款闭环神经刺激器植入手术的癫痫患者,在浙江大学医学院附属第二医院出院。
浙江大学脑机接口临床转化研究团队负责人之一、浙大二院神经外科教授张建民介绍,经过一个月密切跟踪观察,综合分析各项脑电数据及临床效果,结果令人满意,是我国脑机接口临床转化研究在难治性癫痫诊治领域的一项重要突破。
张建民说,与传统癫痫灶切除手术相比,这种闭环神经刺激器植入大大减小了开颅手术损伤,还弥补了临床遇到的诸如双侧海马硬化等无法通过传统手术切除病灶的治疗空白。与迷走神经刺激术、脑深部电刺激术等其他神经调控治疗技术相比,具有按需精准刺激、闭环调控与自动预警等优势。
“就像是在患者脑部安装一个‘反导系统’,可以实时监测患者脑电活动情况,并自动识别癫痫等疾病的特征性脑电,在疾病发作前或刚一发生即‘报警’,同时自动激活脉冲发生器给予精准电刺激,从而对癫痫异常脑电产生抑制效果。”浙大二院神经外科主任朱君明表示。
与国外相关产品相比,浙大团队的闭环神经刺激器通过无线可充电技术的使用,大幅提高了产品使用寿命,并且体积更小、重量更轻。
截瘫卧床6年 “脑机接口”让她重获行走能力
高空坠落导致下肢完全失去知觉,截瘫卧床6年,患者小韩和家属怎么也不敢想像如今还能重新站起来……近日,卧床瘫痪多年的患者小韩借助脑机接口,终于能在使用助行器的情况下独自行走了。
患者小韩6年前在山上牧羊时,不慎跌入一个9米深的洞,导致“完全性脊髓损伤”,下肢完全没有知觉,生活不能自理。虽然在基层医疗机构进行了传统康复训练,但是仍然不能主动活动双腿,站立也需要在帮助下才能勉强完成。
她偶然参与了首都医科大学宣武医院“重拾行走计划”,通过半年系统的“脑机接口”康复训练,目前已经能够在穿戴支具、使用助行器的情况下独自行走。
“脑机接口”如何发挥作用?首都医科大学宣武医院院长赵国光说,人类大脑可以产生运动意向,以电信号形式输出给肢体,也可以接收来自躯体感觉信息的输入。一旦信息传导功能受损,指令的下行输出和感觉信息的上行输入中断,就会造成严重的功能缺失。“脑机接口”技术是大脑与外部设备之间创建的直接连接。通过该技术,可提取大脑神经电活动信号,并与外部设备建立信息反馈和交互。
赵国光介绍,如果患者的损伤发生于大脑皮层,缺失的功能可以通过“康复训练”引导“大脑功能重组”进行修复。小韩的损伤是脊髓损伤中最严重的“完全性脊髓损伤”。“这些患者的大脑完全接收不到损伤平面以下的感觉输入,同时运动指令也无法发送给肌肉。这种损伤通过传统的外科手段或康复医学手段都难以有效地实现损伤平面以下的功能恢复。”赵国光说,重拾行走计划的成套脑机接口技术可以帮助很大范围的患者恢复行走能力,未来将会逐步帮助更多患者康复。
B
存在安全与健康风险 更有伦理问题
除了存在“侵入性”植入物的安全和健康风险外,脑机接口技术还存在很多伦理和技术问题:如果可以在大脑中安装芯片,有多少人会同意安装呢?人们是否能接受“开头颅、插芯片”,并试图“篡改”自己的神经冲动呢?
专家警告脑机接口或可使人类受到黑客攻击
据外媒报道,一份新报告警告称,脑机接口植入物可能让我们容易受到黑客的攻击。专家在接受采访时表示,网络犯罪分子可以通过这些脑机接口来抹除你的技能,并读取你的想法或记忆——这类侵入的后果比其他任何系统都更严重。为了确保这项技术的安全性,系统需要“确保未经授权的人无法修改其功能”。这可能意味着需要采用类似于智能手机安全协议的手段,如加密和杀毒软件。
马斯克自2016年以来一直致力于发展其初创企业“神经连接”公司。这位亿万富翁声称,脑机接口将能帮助治疗伤病、抑郁症和其他折磨人体的疾病。
然而,这项技术可能过于美好,以至于不太现实。研究人员提出了可能发生的可怕状况。有报道称,这种芯片可能为黑客提供一个渠道,让他们侵入政治官员、军事人员和其他窃贼的想法或记忆,这些人自己也可能试图实施数字攻击。
此类泄露将比我们见过的所有数据泄露都更为严重。沃特福德理工学院通信软件和系统小组的研究负责人萨西塔兰·巴拉苏布拉马尼亚姆说:“(一次攻击)会对大脑造成什么样的损害?它会抹除还是扰乱你的技能?”
他还说:“后果是什么——是仅仅把新信息输入大脑,还是会严重到损伤神经元,进而导致大脑内部启动重新布线过程,然后扰乱你的思维……这不仅会产生信息层面的影响,也可能伤害身体。”
◎侵入式脑机接口技术
侵入式脑机接口是指在大脑中植入电极或芯片。
导线会从头部伸出,它就像你头骨中的一个Fitbit运动记录器,细微的导线会伸进你的大脑。
人的大脑中有上千亿个神经元,通过植入电极,可以精准地监测到单个神经元的放电活动。但这种方式会对大脑造成一定的损伤,电极的植入不但会损伤大脑神经元,也会有感染的风险。
在大脑中植入电极后,周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来,电极监测到的神经元活动会越来越少。几年甚至几个月后,电极就完全监测不到神经元活动,如果需要再次使用,就得重新植入电极,再次经历风险。
◎非侵入式脑机接口技术
●非侵入式的脑机接口是指头戴式的脑电帽,它主要是使用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。
●这种方式可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动,主要缺点是不够精准。
●此外,头戴式的脑电帽虽然不会损伤大脑,但每次使用时都需要先洗干净头发,再往脑电帽的电极中注入导电胶,操作起来十分麻烦。
名词解释
脑机接口
指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接,从而实现脑与设备的信息交换。当人类思考时,大脑皮层中的神经元会产生微小的电流。人类进行不同的思考活动时,激活的神经元也不同。而脑机接口技术便可以靠直接提取大脑中的这些神经信号来控制外部设备,它会在人与机器之间架起桥梁,并最终促进人与人之间的沟通,创造巨大价值。
统筹:刘耀宁 综合新华社 新华社客户端 央视网