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還有哪些難題待解?

北京時間8月29日,美國知名企業家埃隆·馬斯克用三只小豬展示了其旗下“神經連接”公司最新的腦機接口技術,引起廣泛關注。

業內專家認為,雖然這次展示的技術有創新性,但人類要真正實現將腦機接口用于治療腦部疾病,甚至用于記憶存儲、意念控制,仍然有諸多難題需要破解。

這次最大突破是系統集成

腦機接口是在人與外部設備間創建的直接信息連接通路。腦機接口系統將腦信號作為輸入信號,然后經過信號處理,從中辨別出人的意圖,最后把人的思維活動轉換為命令信號,可以實現對外部設備的控制和與外界的交流;進一步,也可以再通過電刺激方式將信息輸入大腦,與大腦進行交互。

在發布會上,馬斯克展示了一個只有硬幣大小的腦機接口設備,這款設備用于植入大腦中,建立大腦與外界的聯系。據介紹,植入大腦的過程通過一臺類似縫紉機的機器人就可以實現,手術可以在1小時之內用微創的方式完成。

馬斯克還用小豬展示了腦機接口的最新成果。當工作人員給小豬喂養食物并進行觸碰時,通過腦機接口設備讀取的小豬大腦信號顯示其處于活躍狀態。而通過進一步讀取其腦電信號,可以預測小豬的運動步伐和模式。

事實上,獲取以及簡單解讀小豬大腦信號并非前沿技術,讀取老鼠等動物甚至人類大腦信號在此之前已有先例。早在2014年巴西世界杯,一個身穿“機械骨骼戰甲”的癱瘓少年就通過意念控制開出第一球,一些研究也已經展示了病人在病床上即可使用意念控制機器人完成手部基本動作。

華南理工大學腦機接口與腦信息處理研究中心主任李遠清分析,相比過往的研究,馬斯克這次展示的技術,說明其在大腦信號采集技術方面取得了很大進步;其創新點在于把過去很粗很硬的植入性電極做到了很小很軟,并且一次性集成植入上千個電極,這種成果是突破性的。

而在復旦大學類腦智能科學與技術研究院副院長王守巖看來,這次最重要的突破是腦機接口各項技術的系統集成。腦機接口涉及多學科領域,從電極、電子到神經科學;從世界各地報道的成果來看,有些單項技術突破遠比這次展示的強。“但如何將這些技術集成整合在一起,一直是這個領域的挑戰。而馬斯克展示了一種可能,即通過產學研合作的模式推動從科學研究成果到產品應用的實現。”他說。

治療腦部疾???還遠著呢

馬斯克稱,腦機接口技術將能解決包括失眠、抑郁、健忘等在內的諸多腦部疾病問題。但專家認為,以目前的技術水平來看,這還是遙遠的未來。

當前,國內外腦機接口研究領域均面臨一些尚未突破的前沿問題,特別是腦科學和神經科學。此次馬斯克演示豬的腦電信號和運動軌跡,在業內人士看來,這種信息“還比較宏觀,功能單一”。“科學家對運動功能解碼已經做了很多,但與大腦高級功能如情感、疼痛、記憶相關的解碼更加復雜,人類還知之甚少。”王守巖說。

電子科技大學四川省腦科學與類腦智能研究院院長堯德中表示,腦機接口用于腦部疾病治療,前提是把腦部疾病的致病機制和機理搞清楚,這樣才能破解大腦信號背后的意義并進行有效干預。“人類開展神經科學和腦科學研究已有上百年,但很多機制還遠遠沒有搞清楚,這個過程不可能一下子發生天翻地覆的突破,肯定是循序漸進的。”

此外,“讀”信號難,但“寫”信號更難。腦機接口是一個交互過程,不僅要讀懂腦信號,還要能進行干預和治療。專家分析,“讀”和“寫”背后涉及的神經解碼和編碼機制仍然是一個“黑箱”,科學家對這個問題的了解還處在非常初級的階段,積累很少。

諸多工程技術也需突破,比如植入材料的生物兼容性問題。在此之前,科學家也遇到過植入設備被人體或實驗對象慢慢排斥,并導致采集的信號衰減等問題。此外腦機接口系統帶寬不足,難以支撐未來腦機之間高速通信的需求,也是限制腦機接口可用性的重要瓶頸。

科研倫理也是一大挑戰。堯德中分析,此前已經有一些動物保護組織抗議馬斯克的腦機接口研究,而在這次發布會上沒有選擇智力水平更高的猴子甚至人來做展示,或許是跟豬的倫理爭議更低有關。“豬的智力水平是比較低的。這次并沒有去解讀豬的高級功能,而且也沒有對豬進行控制。”

目前,復合型人才嚴重缺失也是制約腦機接口發展的重要因素。腦機接口研究對學科交叉的要求非常高,只有在計算機、電子工程、機械控制和系統神經科學等方面都有扎實基礎的復合型人才方能勝任該領域前沿研究,而國內外這方面人才儲備相對不足。在發布會上,馬斯克在介紹完最新成果后也發布了多個崗位的招聘需求。

如何推進腦機接口技術發展?

多位專家表示,作為一門新興的、復雜的、多學科交叉技術,腦機接口技術應用領域廣泛,未來前景令人期待。馬斯克這次發布會相當于做了一次大范圍的科普,各界應該抓住機遇,加速推進腦機接口技術的發展。

一方面,應該創造跨學科合作的氛圍和平臺。王守巖表示,目前科學界腦機接口領域各個團隊容易各自為戰,缺乏整合。應該搭建更好的溝通交流平臺,把工程技術、神經生理、臨床醫學等多方面相關人才凝聚在一起,共同研究腦機接口前沿科學問題。

另一方面,應該建立良好的產學研合作機制。“科學家解決一些理論和核心技術問題,而公司解決系統集成、共性關鍵技術等問題,這需要一些靈魂人物能把各方力量組織起來。”王守巖說。

堯德中表示,由于腦機接口需要長期投入,整個行業光靠科研資金和少數公司難以維持和推進,需要吸引更多社會資本加入,共同推動行業發展。

最后,還應該加快腦機接口科研倫理研究,出臺規范性、指導性規章制度。美國據稱已完成近萬例侵入式腦機接口的臨床手術。此次馬斯克在發布會上也宣布,“神經連接”公司已于今年7月獲得美國食品和藥物管理局的“突破性設備”認定,目前正在籌備進行首次人體植入實驗,但尚待獲批以及通過進一步安全測試。專家呼吁,世界各國應該加強研究與合作,為開展侵入式腦機接口研究創造條件,做到前沿創新與倫理風險的平衡。

記者 馬曉澄 王琳琳

(新華社廣州8月31日電)

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[責任編輯:陸怡文]

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