近日在京舉行的2025中關(guān)村論壇年會發(fā)布的19項重大成果中，“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)備受關(guān)注。通過技術(shù)植入，腦部患者可通過腦控實現(xiàn)運動想象和中文語言實時解碼，脊髓損傷四肢癱瘓患者可自己端杯喝水，甚至還能用意念控制無人機飛行……腦機接口技術(shù)作為我國著力推動的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展正在為人類生活帶來革命性影響，特別是當(dāng)它與當(dāng)前快速發(fā)展的人工智能融合時，在醫(yī)療康復(fù)、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實等前沿領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V泛的應(yīng)用空間，為智能社會的到來提供更多安全且精準的支持。如今，我國在這一領(lǐng)域持續(xù)實現(xiàn)突破性技術(shù)進展。為深入了解當(dāng)前我國腦機接口技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，本報記者采訪了中國神經(jīng)工程及腦機接口學(xué)科的主要創(chuàng)建者之一、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授高小榕。
腦機接口實現(xiàn)人機交互
《中國社會科學(xué)報》：您從1998年起，就在中國開展腦機接口研究。您認為，我國在腦機接口技術(shù)方面的突破，有何重要意義？
高小榕：腦機接口技術(shù)的發(fā)展歷程已有50余年，其發(fā)展需從形式和功能角度進行分析。從形式角度看，腦機接口形式分為侵入式、半侵入式和非侵入式三種，其中非侵入式研究占比超80%。從功能角度看，腦機接口可實現(xiàn)打字（T）、寫字（W）和說話（S）三大類人機交互（以下簡稱“TWS”）。目前，侵入式和半侵入式腦機接口在技術(shù)和功能上更為先進，TWS三項功能均能實現(xiàn)。而非侵入式腦機接口雖然在安全性上更具優(yōu)勢，但在功能實現(xiàn)上相對滯后，比如它實現(xiàn)打字功能已有20年，近期才實現(xiàn)寫字，但說話仍未突破。在我國，語言輸出方面一直未有顯著突破。上海華山醫(yī)院通過腦機接口技術(shù)成功解碼出患者的腦神經(jīng)信號“2025新年快樂”，是國內(nèi)首例侵入式柔性腦機接口臨床試驗，也是我國首次實現(xiàn)侵入式電極的在線語言輸出。
《中國社會科學(xué)報》：很多人可能對侵入式柔性腦機接口技術(shù)還不太了解。能否用比較通俗的語言，解釋侵入式柔性腦機接口技術(shù)是什么？它是如何實現(xiàn)大腦信號到語言文字以及動作的實時轉(zhuǎn)換的？
高小榕：侵入式柔性腦機接口是一種將具有柔性特質(zhì)、能較好貼合腦組織的電極等裝置，植入大腦內(nèi)部，實現(xiàn)大腦與外部設(shè)備之間信息交互，從而讀取或調(diào)控神經(jīng)信號的技術(shù)。侵入式腦機接口，包括完全侵入式和半侵入式，目前主要用于醫(yī)學(xué)場景，即當(dāng)患者出現(xiàn)身體障礙或行為障礙時，通過將電極植入大腦來實現(xiàn)功能恢復(fù)。這些操作的目標是盡可能提高功能表現(xiàn)，例如實現(xiàn)文字和動作的轉(zhuǎn)換。然而，侵入式接口的創(chuàng)傷性較大，尤其是當(dāng)需要同時實現(xiàn)運動和語言解碼時，電極需要覆蓋更大的腦區(qū)，因為運動區(qū)和語言區(qū)在大腦中并不相鄰。目前，國際上傳統(tǒng)的侵入式接口通常只能實現(xiàn)單一功能，如運動控制或語言控制，而尚未有能夠同時實現(xiàn)兩者的成熟技術(shù)。
侵入式柔性腦機接口技術(shù)是通過將柔性電極精準植入大腦負責(zé)語言表達和運動控制的區(qū)域，采集大腦信號，并進行傳輸、放大、濾波等預(yù)處理，再借助自然語言處理算法和機器學(xué)習(xí)算法對大腦信號解碼，從而得到大腦表達語言與執(zhí)行動作的意圖。最后，將解碼后的意圖轉(zhuǎn)化為文本指令，輸出語言文字，或轉(zhuǎn)化為控制指令傳輸至外部設(shè)備，驅(qū)動其做出對應(yīng)動作，以實現(xiàn)實時轉(zhuǎn)換。
這次華山醫(yī)院同時實現(xiàn)動作控制和語言識別，但具體細節(jié)尚未公布，因此尚不清楚其是否需要更大的腦區(qū)覆蓋或是否采用了更先進的技術(shù)。相比之下，非侵入式腦機接口則因為可以覆蓋整個頭皮，從而能夠全面監(jiān)測大腦活動。這種接口有望同時完成多種功能，例如語言和動作的解碼。
《中國社會科學(xué)報》：在腦機接口技術(shù)方面，您曾提出并實現(xiàn)了基于穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的腦機接口技術(shù)，通信速率在非侵入式方面處于世界領(lǐng)先水平，已成為腦機接口主要范式。基于穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的腦機接口技術(shù)的核心原理是什么？它為什么會成為腦機接口主要范式？
高小榕：在非侵入式腦機接口領(lǐng)域，我國一直保持著領(lǐng)先地位，特別是在穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)定位技術(shù)方面。這項技術(shù)通過給視覺一個固定頻率的刺激，在大腦中檢測到與頻率相關(guān)的信號，從而實現(xiàn)腦機接口功能。
我們團隊開發(fā)了一套統(tǒng)一的編解碼技術(shù)，使得打字速度在非侵入式腦機接口領(lǐng)域一直保持領(lǐng)先。即使與馬斯克的Neuralink這種侵入式腦機接口相比，我們的非侵入式腦機接口在打字速度上也毫不遜色，甚至接近觸屏的速度。
為智能社會提供更安全方案
《中國社會科學(xué)報》：當(dāng)前我國的腦機接口技術(shù)在世界上處于怎樣的位置？與其他國家相比，我們的腦機接口技術(shù)優(yōu)勢在哪里？還有哪方面需要繼續(xù)突破？
高小榕：在非侵入式腦機接口領(lǐng)域，中國取得了顯著進展，技術(shù)上具有許多特點，并在某些方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。例如，非侵入式腦機接口在醫(yī)療康復(fù)、情緒管理等方面的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，并且設(shè)備的小型化、便攜化和可穿戴化成為未來趨勢。然而，在侵入式腦機接口領(lǐng)域，中國的發(fā)展相對緩慢。盡管腦虎科技等公司的出現(xiàn)標志著中國在侵入式腦機接口領(lǐng)域的進步，但總體而言，在功能上與國外仍存在一定的差距。
為了進一步推動腦機接口技術(shù)的發(fā)展，中國需要在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域取得突破。特別是在電子器件方面，需要有重要的創(chuàng)新和進步。目前，中國從事侵入式接口研究的主要團隊集中在神經(jīng)科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域，但電子器件方面的研究團隊相對較少。例如，馬斯克的團隊不僅吸收了神經(jīng)科學(xué)和材料科學(xué)的科學(xué)家，還依賴于系統(tǒng)和電路科學(xué)家，因為侵入式腦機接口需要多個領(lǐng)域的協(xié)作，包括醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、電子和信息科學(xué)等。可以說，電子器件是腦機接口技術(shù)的核心組成部分，需要系統(tǒng)和電路方面的專家來推動發(fā)展。
此外，中國在腦機接口技術(shù)上的創(chuàng)新生態(tài)正在不斷完善，技術(shù)也在持續(xù)迭代。2024年，中國在新型接口、電極材料等方面取得了重要進展，部分產(chǎn)品的通道數(shù)和安全性高于國際水平，部分產(chǎn)品實現(xiàn)了獨特的漢語言解碼。這些進展表明，中國在腦機接口技術(shù)領(lǐng)域正在快速追趕國際先進水平，并在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國際領(lǐng)先。未來，中國需要繼續(xù)加強跨學(xué)科合作，特別是在電子器件和系統(tǒng)集成方面，以實現(xiàn)腦機接口技術(shù)的更大突破。
《中國社會科學(xué)報》：最近，您在做腦機接口技術(shù)哪方面的研究？是否取得新的進展？
高小榕：我們目前的研究主要集中在三個方面。首先，致力于意圖理解的研究。通過給受試者展示一幅畫或一段文字，我們能夠分析他們的大腦活動，從而理解他們的意圖或記憶。這方面的研究已經(jīng)取得了一定的進展，為我們提供了深入了解人類思維和記憶的窗口。
其次，我們在身份認證領(lǐng)域取得了重要進展。我們提出利用腦紋進行身份認證，這是比傳統(tǒng)方法如指紋、虹膜、語音和人臉識別更安全的方案。傳統(tǒng)方法容易被破解，而腦紋識別則基于個人獨特的神經(jīng)活動模式，難以被復(fù)制或篡改。例如，當(dāng)我們記住某人的聲音后，再次聽到這個名字或聲音時，我們的大腦會產(chǎn)生特定的變化，這種變化是獨一無二的，無法被復(fù)制。
最后，隨著AI技術(shù)的發(fā)展，我們提出了“逆圖靈測試”的概念。傳統(tǒng)的圖靈測試是讓人類判斷與之交流的是機器還是人，如果人類無法區(qū)分，那么機器就通過了圖靈測試。而逆圖靈測試則是讓機器來判斷信息是由人類還是機器發(fā)出的。我們的目標是讓機器能夠識別其“主人”，這對于未來多智能體社會的構(gòu)建至關(guān)重要。機器智能必須能夠區(qū)分人類和其他機器，否則社會秩序可能會受到干擾。
總的來說，我們在意圖理解和身份認證方面取得了顯著進展，特別是在利用腦機接口技術(shù)進行腦紋識別和逆圖靈測試方面。這些技術(shù)的發(fā)展將為未來的智能社會提供更安全、更智能的解決方案。
腦機接口應(yīng)用領(lǐng)域廣闊
《中國社會科學(xué)報》：受到腦機接口技術(shù)倫理、安全等因素的制約，一直以來，非侵入式腦機接口是腦機接口技術(shù)研究的重點。您如何看待侵入式柔性腦機接口技術(shù)？您認為，該如何既實現(xiàn)腦機接口技術(shù)方面的突破，又守其倫理與安全底線？
高小榕：在腦機接口技術(shù)討論中，倫理和安全性是關(guān)鍵問題。長期植入的安全性以及患者健康與風(fēng)險之間的平衡至關(guān)重要。非侵入式腦機接口在風(fēng)險控制方面具有一定優(yōu)勢，而侵入式電極的風(fēng)險主要在于對大腦的損傷程度。侵入式電極面臨的一個核心問題則是材料的適配性。即使經(jīng)過改造，侵入式電極與腦組織相比仍然相對較硬，對腦組織的侵害仍需考慮。
此外，大腦的排異反應(yīng)也是需要克服的難題。最近出現(xiàn)的再生電極技術(shù)為這一問題提供了新的思路。與傳統(tǒng)電極不同，再生電極通過引導(dǎo)神經(jīng)細胞生長到電極表面，從而減少對腦組織的損傷，并且動物實驗已證明其效果良好。如果再生電極技術(shù)能夠進一步發(fā)展，它可能會成為繼非侵入式電極之后的又一重要進展。未來，可能會通過手術(shù)等方式，將電極放入大腦，讓神經(jīng)細胞自然生長到電極上，實現(xiàn)腦機接口功能，這不僅有望提高安全性，還能在倫理層面更具優(yōu)勢。
《中國社會科學(xué)報》：腦機接口技術(shù)未來會應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？
高小榕：毫無疑問，腦機接口技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，特別是在腦電圖（EEG）的應(yīng)用方面。腦電圖自1924年被發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)有101年的歷史。在這一個世紀里，腦電圖的發(fā)現(xiàn)使人類對自己的認識有了三個重大進步。第一，腦電圖幫助我們識別癲癇。通過腦電圖，我們能夠檢測到癲癇發(fā)作前的異常腦電活動，從而證明癲癇發(fā)作是大腦的一種異常狀態(tài)。第二，腦電圖的發(fā)現(xiàn)讓我們對睡眠有了更深入的理解。過去，人們曾認為做夢是人類獨有的現(xiàn)象。然而，腦電圖的研究表明，做夢是所有哺乳動物共有的生理現(xiàn)象，包括猴子、大象、老鼠等。第三，腦電圖的出現(xiàn)使得腦機接口技術(shù)成為可能，我們可以通過腦接口實現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的交互。
展望未來，腦機接口技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛。首先，除了清醒和睡眠狀態(tài)，我們的大腦還存在多種狀態(tài)，如疲勞、高興、憤怒等，通過腦電圖或腦機接口技術(shù)，我們可以解讀這些信息。例如，我們實驗室正在研究通過電極監(jiān)測兒童上課時的注意力狀態(tài)，能夠在30秒內(nèi)判斷他們是否在認真聽講。這種技術(shù)可以應(yīng)用于教育、醫(yī)療和人機交互等領(lǐng)域。
其次，逆圖靈測試將成為腦機接口技術(shù)的重要應(yīng)用。也就是前面提到的只有讓機器區(qū)分出是人的命令還是機器發(fā)出的指令，才能更好地服務(wù)人類。
此外，夢境解讀將是腦機接口技術(shù)的另一個重要應(yīng)用。目前，大多數(shù)人只能記住最后一個夢，而無法記住整晚的夢境。通過腦機接口技術(shù)，我們未來將能夠解讀夢境，甚至讀取記憶。這不僅可以用于記憶恢復(fù)，還可以應(yīng)用于測謊等領(lǐng)域。
最后，人類獎賞機制的研究也將成為腦機接口技術(shù)的一個重要方向。通過腦機接口，我們可以更好地理解和掌握人類的獎賞機制，從而更好地管理人工智能的發(fā)展。這些未來的應(yīng)用方向不僅具有科學(xué)意義，還將在社會、倫理和法律層面帶來深遠的影響。
編輯：李華山
