中国青年报社 中国青年网记者 杨杰 尹西宁.
科幻电影中脑机接口的想象力正在栩栩如生。
20多年前，《黑客帝国》就呈现了这样一幕：人类通过植入大脑后部的金属开口与智能设备相连，迅速获得知识和技能，成为“全能战士”，还可以逃入网络世界，在计算机程序模拟的数字空间中交流和生活。 如今，人脑与机脑的“感应对话”技术已经来到了人们面前。
1月29日，中国科研团队宣布全球首个无线微创脑机接口临床试验成功：清华大学医学院洪波教授团队设计研发了无线微创植入式脑机接口的新技术; 首都医科大学宣武医院院长赵国光、主任医师单永志于2023年10月24日与清华大学合作开展首例临床植入试验。 术后，对一名四肢瘫痪14年的患者进行家用脑机接口**训练，实现自主饮水等脑控动作。
脑机接口通过记录和解释大脑信号，实现大脑和计算机之间的直接通信。 “要实现真正的'读心术'，还有很长的路要走。假设这是一本 100 页的未知数，而我们现在才刚刚翻开第一页。 洪波说。
首个无线微创脑机接口临床试验成功示意图。 图片由视觉中国提供。
与马斯克不同的脑机接口方案。
几乎在同一时间，特斯拉公司首席执行官兼SpaceX首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）宣布，脑机接口“成功运行”，这一消息也引起了国内外的关注。
马斯克在社交平台上写道：“昨天，第一位人类患者接受了'神经连接'公司的植入手术，目前恢复良好。 初步结果表明，神经元尖峰检测是有希望的。 马斯克将第一款产品命名为“心灵感应”，当大脑植入一个设备时，它可以仅用大脑控制手机和电脑等“几乎所有设备”。 想象一下，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的沟通速度可能比打字员或拍卖师更快。 这就是我们的目标。 马斯克说。
马斯克团队是一个非常受人尊敬的团队。 两个团队开发脑机接口的技术路线不同。 洪波说。
据他介绍，清华团队采用的无线微创植入式脑机接口近地天体技术，是将电极放置在大脑硬膜外，不会损伤神经组织，通过内外机的耦合完成信号的输入和输出。 马斯克的团队使用完全侵入性的脑机接口。
大脑的信号从内到外可分为三个层次：神经细胞放电、颅内脑电图和借用脑电帽收集的头皮外脑电波。 洪波打了个比方：假设一个房间里坐着十个人，每个人代表一个神经细胞，接收神经细胞的信息可以通过一个“麦克风”获得，马斯克团队的产品相当于把一个麦克风放在大家面前，“收音机”效果不错，但存在“占地面积大”、能耗高等问题; 头皮脑电图方案是将麦克风放在门外，这样接收到的信号会很模糊，干扰很多噪音。
我们的解决方案是将电极放置在脑膜外，介于两者之间，这相当于在门上放置麦克风以获取信息。 洪波说。
在宣武医院，赵国光院长向中国青年报、中国青年网记者展示了市场上几大脑机接口产品。 其中，“头皮脑电图”是一种非植入式脑机接口，具有无创的临床优势，但灵敏度和解剖空间定位较弱。 “颅内皮质电极”是放置在颅骨下大脑表面的电极，常用于癫痫患者的大脑皮层; “犹他电极阵列”将电极插入大脑深处，主要用于语言和运动损伤，但缺点是患者需要长时间在医院训练，短时间内无法回到家人身边。
与市面上的主要解决方案相比，赵国光表示，目前团队使用的无线微创植入式脑机接口neo，不仅满足了植入的技术敏感性，而且不会损伤脑组织，还可以长时间放置，采集信号的幅值、带宽和频率都能满足目前的临床需求。
在手术台上，医生只需要进行“在颅骨中插入电极”等微创手术，人脑与电脑“对话”的基本设备即可完成。
脑机接口neo系统的无线微创植入及其体内机（合成**） 图片由清华大学医学院提供。
洪波做了一个生动的比喻：如果把大脑比作一个煮熟的鸡蛋，剥开蛋壳后，有一层白色的保护膜，相当于大脑的硬脑膜，可以保护大脑环境不受外界干扰，保护细胞不受损伤。 将电极放置在硬脑膜上，并将 329 个零件放置在硬币大小的钛外壳中。 将两个硬币大小的脑机接口植入高度截瘫患者的颅骨中，以收集感觉运动大脑区域的神经信号并解码手抓动作。
半侵入性溶液置于脑洞外，对脑细胞无损伤，无感染、免疫排斥等风险。 洪波介绍，相比之下，马斯克团队使用的全侵入式脑机接口，在连接到大脑皮层后，每次使用都需要连接到数据插头进行消毒操作。 为了避免感染风险，目前需要将患者永久留在医院**并观察。
从技术上讲，不同的路径可以达到脑机接口的目标，但应用场景和优缺点不同，没有高低之分。 洪波说。
一名 14 岁的瘫痪患者，已经实现了自饮水。
我们不是在挑战普通的疾病，而是在挑战人类目前无法解决的一些疾病。 赵国光说，要想在人身上安装脑机接口，难点在于能够收集信号，让信号“解码”语言、动作、意识。 “这是在挑战不可能的事情，”他说。
从某种程度上说，54岁的四肢瘫痪患者老杨是第一个“成功吃螃蟹”的人。
14年来，老杨因一场车祸瘫痪，导致他失去了运动能力，双手完全瘫痪。
专家们对老杨的**和诊断进行了评估，在家属和老杨的同意下，推出了“脑机对话”新技术。 在新技术的支持下，杨希望恢复右手的能力，完成喝水、吃饭甚至写字等动作。 赵国光表示，患者恢复健康的强烈愿望支撑着患者最好的培训，也促进了医疗团队的临床试验。
四肢瘫痪的老杨手上戴上了充气手套，从大脑右侧感觉运动区电极获得的信号知道，老杨想动右手。 电脑“读懂”了老杨的心思后，解码完成，指令传达到气动手套上，辅助老杨协调弯曲右手手指，抓起矿泉水瓶。 该解码算法使用可解释的机器学习技术，并由洪波的团队完成。
宣武医院院长赵国光团队进行了首例植入手术。 图片由清华大学医学院提供。
在这场“无声”的脑机对话中，老杨的头骨被嵌入了一台内部机器，电极覆盖在硬膜外麻醉上。 外部计算机通过头皮为内部计算机供电，并接收大脑中的神经信号，将其传输到计算机或手机，并借助解码算法实现脑机接口通信。
在实践中，洪波和赵国光团队首先利用功能磁共振成像技术完成了运动感觉脑区的定位，在右手想要运动时准确捕捉到大脑激活区的信号，然后根据捕捉到的位置精确设计电极植入的接触点。 一般情况下，人脑的“总部”可以直接调动身体的“公司”，但对于脊髓损伤患者来说，“中间的路被堵住了，'总部'喊着口号，就要用技术打通堵路，接通信号”。
赵国光解释说，从动物实验到临床实践，都需要保证系统能够采集信号，并且信号“美观、灵敏、无干扰”，这样才能高效地接收和传达人脑的指令。
据洪波介绍，为了保证“脑机对话”的隐私性，团队在电源管理中设置了认证芯片，必须与体内体外机配对，才能启动人体的信号采集系统，保护患者的隐私和安全。 颅骨植入机不需要电池，患者可以终身使用，手术10天后即可出院回家。
在这种“脑机对话”中，计算机可以做即时感应。 洪波解释说，经过测试，需要250毫秒或更短的时间，计算机会快速“读懂”患者的想法，并确定是抓住、握住还是松开，以达到准确的解释。 在与计算机“对话”时，人脑不需要依靠强大的思想或重复的思想来传达信息。
如今，独立喝橙汁和茶，对老杨来说已经是一件非常容易的事情了。 洪说，14年来，患者无法自己喝水和吃饭，“这对他来说是一个质的变化。 ”
经过三个月的家庭脑机接口训练，老杨可以通过脑电活动驱动气动手套，抓握和解码准确率达90%以上。
洪波带领团队进行了3年的动物实验。 将电机和内机安装在猪身上后，经过1000多天的测试，验证了仪器不会对猪脑膜下方的神经组织造成损伤，并且还可以稳定地收集猪脑中传递的神经信号。 直到2023年5月，他们通过了宣武医院的伦理审查，并向食品药品监督管理局备案，才开始进行人体小规模临床试验。
在宣武医院中国国际神经科学研究所类脑智能临床转化研究中心，设立了脊髓损伤患者评估区、日常训练区、脑机接口训练区。 宣武医院副教授王长明表示，患者完成考核后，应在研究中心接受全模块培训，甚至回到家人身边后，医疗团队也会定期跟进，进一步提升患者。
2023年12月19日，在天坛医院王佳教授团队的手术下，第二例脊髓损伤患者已成功植入，信号接收正常，患者在家接受培训。 这位36岁的脊柱损伤患者，可以在“脑机对话”中，用自己的“意念”驱动电脑光标的运动，实现红球击中屏幕上蓝球的动作，在人与电脑之间进行“心灵感应”。
要完成这样的技术突破，不可能在10年内完成。 洪波提到，这项技术不着急，也不着急。 “因为它不是游戏产品，也不是信息产品，而是植入式医疗设备，患者安全是第一位的。 他说。
翻到脑机接口的第一页。
2005年，雷·库兹韦尔在《奇点正在逼近》一书中写道，随着纳米技术和生物技术的几何加速，人类的智力将在未来20年内得到极大的提升，人类的未来将得到根本性的重塑。 这位脑洞大开的天才提出了“奇点”的概念，认为未来的技术变革将撕裂人类历史的结构，克服生物进化的极限。
将人类带入数字永生是一个大胆而疯狂的梦想，技术探索从未停止。
2020年，浙江大学与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作，完成国内首例植入式脑机接口临床研究。 患者利用大脑运动皮层的信号，精确控制外部机械臂和机械手在三维空间中的运动，实现握手、拿饮料、打麻将等动作。
2023年，南开大学团队将率先在猴脑中实现介入式脑机接口脑控机械臂，为未来脑卒中、肌萎缩侧索硬化症、抑郁症等疾病的诊疗提供新的方向。
2023年8月，工信部等四部门印发《新行业标准化试点实施方案（2023-2035年）》，其中提到要开展脑机接口标准化路线图研究。 加快制定脑机接口术语、参考架构等基本通用标准。 开展脑信息读写、数据格式、传输、存储、表示和预处理标准、脑信息编解码算法标准等输入输出接口标准研究。 对制造、医疗健康、教育、娱乐等行业应用和安全伦理标准进行前期研究。
脑机接口的时代即将到来。
不可思议的目标将给科学家带来永无止境的动力。 洪波认为，要理解人脑的工作机制，实现人脑与机脑之间的高带宽对话，还有很多工作要做。
脑机接口的高通量和发热是需要克服的主要技术障碍。 洪波解释说，目前我们的微创脑机接口只能实现简单的手部动作。 然而，为了在未来获得更多关于高级认知活动的信息，通道的数量将不可避免地增加，因此克服热量问题并处理安全性与稳定性之间的平衡对工程师来说是一个挑战。
老杨右手能拿水瓶》给赵国光带来了一个新思路，如果用中文“解码”老杨右手的动作，可以解释为“抓”、“握”、“握”、“捏”、“握”等，而英文解码只能解释为“握”。他希望在未来的探索中，新技术能够更准确地适应中国语境，更快地识别和输出患者大脑中的指令。
中国信息通信研究院和脑机接口产业联盟近日发布的《脑机连接发展与应用研究报告（2023）》指出，目前脑机连接的主要应用方向在医疗领域，该技术可以为癫痫等神经系统疾病的诊断和治疗带来新的解决方案。 帕金森氏症、抑郁症、多动症、截瘫和中风。
未来，为了突破人类诊疗某些疾病的极限，脑机接口也将面临大规模临床试验等挑战。
下一步，我们希望帮助患者利用大脑信号来引导家中智能设备的开关，如手机、轮椅、电动窗帘等设备，从而为人与物的连接提供更多可能。 洪波说。
临近春节，洪波帮第二位患者在平板电脑上看书。 他有一个期待：他希望帮助患者实现春节后翻阅电子书的愿望。
脑机接口的阶段性突破不是结束，而是新的开始。 洪波说。
*：中国青年报客户。