【環球網科技報道 記者 馬俊】儘管面臨諸多爭議，但被稱爲“硅谷鋼鐵俠”的美國企業家埃隆·馬斯克近日宣佈，在全球首名腦機設備植入手術成功100天后，正式開始招募第二個接受腦機接口手術的志願者。腦機接口技術成爲今年持續火爆的科技話題。在不久前舉行的2024中關村論壇上，由北京腦科學與類腦研究所聯合北京芯智達神經技術有限公司自主研發的“北腦二號”腦機接口重大成果也引起外界的高度關注。如今腦機接口技術到底發展到什麼程度？距離科幻電影中向網絡空間上傳人類意識的夢想還有多遠？在全國科技工作者日之際，環球網記者就此採訪北京腦科學與類腦研究所儀器儀表中心主任張壘。

大腦隱藏哪些神祕

“其實最早的計算機就是在模擬人腦的工作方式。”在介紹爲何要進行腦科學研究時，張壘表示，大腦神經元通過動作電位表明“有”或者“沒有”，就如同電腦程序最基本的代碼“0”和“1”。如今隨着技術的發展，儘管AI能夠在某些領域達到甚至超過人腦的能力，但從能量利用角度，效率卻並不高。例如OpenAI旗下聊天機器人ChatGPT每天的電量消耗就高達50萬千瓦時，相當於1.7萬個美國家庭的用電量。作爲對比，人腦的效率非常高，大腦功率只有15瓦左右，僅相當於一個燈泡，每天消耗的能量相當於兩根香蕉，卻能執行諸如行動、記憶、情感、思想、等各種複雜功能。

因此科學界也一直希望從兩個方面來模擬人腦：一是真正模擬人腦的工作方式，比如產生自主的思維；二是儘可能地達到人腦的能耗效率水平。著名的“歐洲人腦計劃”曾雄心勃勃地希望利用超級計算機模擬人腦的運行機制，並更深入地瞭解大腦的功能和組織及其相關疾病，但直到2023年底，這個耗時10年、投入6億歐元的項目宣告結束時，仍遠沒有達到預期目標。

張壘表示，這是因爲大腦的結構和工作模式實在太過複雜。人類大腦大腦包含約860億個神經元，每個神經元又通過數以千計的突觸相互連接，如此龐大的連接遠遠超過了人類構建的互聯網，它們工作的動態機制也不清楚，如此複雜的結構甚至可能超過當前人類的認知能力。

腦機接口是什麼，能幹什麼？

儘管對於人腦的整體認知還不夠全面，但科學家卻在不斷推進對腦機接口技術和類腦研究的進展，這些技術在治療多種腦部和神經疾病方面大有前景。腦機接口是近年來的熱門研究項目之一，也是腦科學與類腦研究領域的科技競爭高地，是涉及跨多個學科的複雜集成系統，產業上下游鏈路長，研發過程涉及電極、芯片、數據、算法等多個環節，涵蓋電子學、軟件、材料學等多個領域。

按照腦電波接收方式的不同，主要分爲三條技術路線：不用手術，只是將電極貼在頭皮上採集腦電波的無創（非侵入式）模式；通過手術讓電極貼着大腦皮層，但並沒有插進腦組織的半侵入式；以及利用微針或微絲將電極直接插入腦組織的侵入式。從理論上看，採集電極與大腦組織離得越近，收集的腦電波信號質量就越好。張壘比喻說，由於人腦日常活動時會產生種類繁多的腦電波，“腦機接口領域常以會議室打比方，在一間人聲嘈雜的會議室，無創模式相當於在會場外面佈置了一臺麥克風收集會場內部的聲音，獲得的必然是一個混疊的、經過牆體（頭骨）過濾的不清晰的聲音；半侵入式相當於是在會議室的門口放一個麥克風，而侵入式則屬於在每個人的面前放一個麥克風，自然收集到的信號最爲清晰。”

但從外往裏，這三條技術路線涉及的技術難度也越來越高。目前馬斯克運用的就是侵入式腦機接口，直接將柔性電極植入到病人的大腦皮層，收集高質量的神經信號後，再通過特殊的算法轉化爲計算機能理解的指令，進而實現不依賴傳統的人體外周神經和肌肉，直接指揮光標操作電腦。這些指令也可以用於對機械臂、輪椅和其他設施的控制，提高四肢癱瘓患者的獨立性。

張壘介紹說，目前腦研究在運動方面對應的腦區定位比較清晰，基本確認哪個部位的腦組織對應什麼樣的運動，因此比較適合腦機接口。“北腦二號”也屬於侵入式腦機接口，它是採用自主研發的高通量柔性微絲神經電極、大通道數高速神經電信號採集設備以及運動解碼算法，組成高性能的運動腦機接口系統。在2024中關村論壇上亮相的“北腦二號”已經在猴子顱內穩定植入將近一年，在全球首次實現獼猴通過意念控制對二維運動目標的腦控攔截，解決了大規模單細胞信號長期穩定記錄和實時解碼的國際前沿難題，電極性能關鍵指標國際領先。張壘表示，“北腦二號”的所有設備和解碼軟件全部自研，電極性能和解碼算法的整體水平與馬斯克的腦機接口相關技術相當，但在系統的集成度方面還有差距。

腦機接口未來怎麼發展

5月初，全球首名接受腦機接口手術的志願者由於植入腦部的部分電極脫落，導致收集的腦電波信號質量下降，表現爲對電腦光標的控制開始變得不夠精確並出現延遲，研究團隊通過優化算法，基本恢復原先的功能。張壘表示，腦機接口下一步的發展方向之一是提高不同被試之間的遷移能力或者稱爲普適能力。因爲每個人的腦電波和思維習慣都不完全一樣，即便植入電極後仍需要“個人化定製”通過反覆調試和有意識地訓練，以儘量提高大腦意圖識別的準確度。如何減少這方面的調試，是未來的發展方向之一。

張壘表示，除了運動領域外，國際前沿也在嘗試將腦機接口技術用於語言和視覺方面，它們的腦區定位也比較清晰。馬斯克此前也曾多次聲稱，腦機接口設備未來還可以讓癱瘓者重新行走、讓盲人獲得視力、實現“人機共生”等。但張壘認爲，人腦的高級認知功能比較複雜，可能不是某一個部位，而是分佈式構成，涉及多個腦區的協同。對這方面的研究還不夠透徹，因此科幻電影裏將人的意識上傳到網絡，現在還做不到。

此外值得重視的是，目前腦機接口技術仍在科學原理、技術性、安全性、倫理等方面面臨挑戰，需在未來持續探索。