腦機(jī)接口的未來發(fā)展趨勢

吳朝暉

21世紀(jì)被稱為“腦研究世紀(jì)”，伴隨著腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的興起與發(fā)展，特別是神經(jīng)科學(xué)與各種工程技術(shù)的多元融合發(fā)展，腦與機(jī)的界限被逐步打破，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)生了新型智能形態(tài)，即腦機(jī)智能。這一新型智能形態(tài)使得信息科學(xué)與生命科學(xué)得以相互滲透、相互融合。腦機(jī)接口技術(shù)的出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)與生物腦之間建立了一條直接交流的信息通道，這意味著既可以將假肢等外部設(shè)備的信號(hào)直接傳輸給大腦，也可以通過計(jì)算機(jī)解讀腦部信號(hào)，進(jìn)而直接控制外部設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)腦與機(jī)的雙向交互、協(xié)同工作及一體化奠定了基礎(chǔ)。

作為腦機(jī)智能領(lǐng)域的戰(zhàn)略必爭技術(shù)，腦機(jī)接口成為了全球研究最熱門、競爭最激烈的方向之一，推動(dòng)了以人類為中心的認(rèn)知與智能活動(dòng)研究進(jìn)入發(fā)展新階段，如2016年7月，美國埃隆·馬斯克成立Neuralink公司，致力于研發(fā)超高帶寬的腦機(jī)接口系統(tǒng)；2019年4月，美國加州大學(xué)舊金山分校在志愿者大腦運(yùn)動(dòng)腦區(qū)植入電極，完成了解碼腦電波、在大腦中直接合成語音等工作；2019年7月，F(xiàn)acebook發(fā)布了問答腦機(jī)接口系統(tǒng)；2019年10月，法國通過硬膜外皮質(zhì)腦電（ECoG）與無線傳輸操控外骨骼，幫助癱瘓病人成功實(shí)現(xiàn)緩慢行走與暫停等動(dòng)作，等等。

在這一領(lǐng)域，浙江大學(xué)成立了國內(nèi)最早的侵入式腦機(jī)接口研究團(tuán)隊(duì)，主要聚焦感知—運(yùn)動(dòng)環(huán)路，遵循從單向到雙向再到閉環(huán)、從大鼠到猴子再到臨床的研究路線，形成了一批具有先發(fā)優(yōu)勢的標(biāo)志性成果，如2014年9月，浙江大學(xué)完成了國內(nèi)首例以臨床病人意念控制機(jī)械手的研究，準(zhǔn)確穩(wěn)定地記錄到病人運(yùn)動(dòng)決策及運(yùn)動(dòng)精細(xì)控制的腦部表征數(shù)據(jù)；2020年1月，浙江大學(xué)發(fā)布了國際首例高齡志愿者臨床侵入式3D運(yùn)動(dòng)控制閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)，以72歲高齡志愿者腦控機(jī)械手完成了喝水、進(jìn)食、握手等動(dòng)作。這些成果的涌現(xiàn)將有助于解決失能者功能重建、老年機(jī)能增強(qiáng)等人類健康問題，大大增加了研發(fā)超高帶寬腦機(jī)接口系統(tǒng)的成功可能性。

面向未來，人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等顛覆性科技，將推動(dòng)人與物理世界的二元空間加速轉(zhuǎn)向人、物理世界、智能機(jī)器、數(shù)字信息世界的四元空間。在交錯(cuò)并行中，生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系都將重構(gòu)，社會(huì)形態(tài)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以及人類思維方式、生活方式都會(huì)發(fā)生巨大變化。具體到腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域，將會(huì)迎來至少以下四大發(fā)展趨勢：一是腦機(jī)信息交互手段從原來的以電為主，走向電、光、磁、聲等各種手段的綜合；二是腦機(jī)融合的增強(qiáng)能力逐步從行為增強(qiáng)到各種感知增強(qiáng)，乃至高級(jí)認(rèn)知的增強(qiáng)；三是腦機(jī)技術(shù)研究的硬件向柔性、無線，以及更加微小化、更加高通量和低功耗方向發(fā)展；四是腦機(jī)接口技術(shù)有望在神經(jīng)/精神疾病的診斷、治療、康復(fù)等臨床應(yīng)用領(lǐng)域，引領(lǐng)新的技術(shù)發(fā)展。

可以說，腦機(jī)接口代表著腦機(jī)智能甚至人工智能的一個(gè)未來發(fā)展方向，為不同學(xué)科交叉會(huì)聚提供了成功范例，展現(xiàn)了未來智能化生活的廣闊空間，將推動(dòng)人類加速邁向腦科學(xué)時(shí)代。