脑机接口如何改变未来？

记者冯立飞

他被称为“脑机接口之父”。这或许可以概括杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯对这一领域的杰出贡献。

2014 年，全球超过 10 亿观众见证了他与脑机接口研究的“高光时刻”——一名瘫痪青年凭借“机械装甲”外骨骼成功拉开了巴西世界杯的序幕。

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诞生22年来，脑机接口从一个科学的概念应用于临床康复医学，成为商界的宠儿。谈及脑机接口等前沿技术的未来应用，他告诉中国科学报：“科学伦理是一个非常重要的问题，我们需要一步一个脚印小心翼翼地推进，始终让社会公开讨论是否应该使用或不使用技术。应用，以及在哪里。”

高峰和低谷

1990 年代，Nicolelis 跟随哈内曼大学教授 John Chapin 研究脑功能。

当时，神经科学主要有两个猜想：神经元是连续网络的“分布论”和神经元独立运作的“局部论”。后者是 20 世纪大部分时间的主导声音。

尼古拉斯和切平是少数。他们支持“分布理论”，并做了很多开创性的工作，开发了一系列新方法来了解动物行为中大量神经元如何协同工作。

1998 年的一天，他们意识到需要一种新的范式和技术来检验一些关于大脑功能的假设，于是他们想出了将大脑和机器连接起来的想法，并将其命名为“Brain-Computer”接口”（BMI）。 2000 年，Nicolelis 在《自然》杂志上发表了一篇关于脑机接口的评论文章，这个名字很快被全世界采用。

“简而言之，脑机接口是一种将大脑直接与机器连接的方式。” Nicolelis向《科学中国报》解释说，通过这种方法，可以实时采集人或实验动物准备移动身体时大脑发出的电信号，并记录相应的大脑活动，然后转换成可以发送到人工驱动设备的数字指令。

一开始，Nicolelis 和 Chepin 创建了脑机接口，这是一种研究大脑的新范式，他们后来意识到这将具有非常重要的临床意义。

在 2014 年巴西世界杯开幕式上，巴西瘫痪青年朱利亚诺·平托在 60,000 多名现场观众和 12 亿电视和互联网观众的注视下为世界杯揭开序幕。 “平托走路的一小步，就是脑机接口技术发展的一大步。”当时的电视解说员说。

在巴西世界杯之前，平托曾因车祸在 T4 以下瘫痪 9 年。通过参与由 Nicolelis 发起的“Walking Again Project”（WAP），他利用脑机接口绕过脊髓损伤，通过脑机接口将来自大脑的信号以数字形式传输到新型可穿戴机甲。形式。并控制机甲完成开球任务。

故事并没有到此结束——经过 10 个月的训练，平托的脊髓损伤在 T11 以下被评为瘫痪，7 块椎骨恢复了感觉、运动和运动控制。据介绍，今天平托已经基本恢复了独立行动的能力，开始了新的生活。

Niccolelli 承认，他起初没想到会走到这一步。 “这表明，有时基础科学可以将你带到你从未想象过的地方，从而带来意想不到的发现，”他说。

今天，来自近30个国家和地区的科研团队围绕WAP展开了合作研究。 2018年，北京宣武医院成为亚洲首家加入该项目的机构。去年，在临床试验中，一名瘫痪6年的女性患者经过半年多的治疗训练，终于可以带着助行器独自行走了。

对于 Nicolelis 来说脑机接口技术几时可以实现，成功的兴奋和喜悦背后是未知的艰辛和质疑。

“最初的几年并不容易。因为很多科学家都很保守，在一个新事物的早期，他们会怀疑一切。” Nicolelis 说，“我们很难说服所有人，就继续发布实验结果吧。”

怀疑者终于被事实说服了。 2004 年，Nicolelis 和 Chepin 发表了关于人脑-计算机接口主题的第一篇论文：11 名患者在用于治疗帕金森病的神经外科手术过程中通过脑机接口，全部实现了仅基于大脑活动的操作视频游戏。这项具有里程碑意义的研究于 2004 年登上《神经外科杂志》的封面，让所有人相信人类可以使用脑机接口。

从那时起，整个领域开始腾飞，并在全球范围内迅速扩张。

“治疗 10 亿人”

在获得全球关注后，Nicolelis 仍在推动脑机接口理论和临床应用的界限。

“脑机接口可能适用于所有领域，但首先应用在医疗领域是最可行的，现在也比较普遍，”他说。

Nicolellis 将当前在医学中使用的脑机接口分为两代技术。第一代“脑机接口”从脑电信号中获取信号，并将其传输到控制设备，如机械臂、计算机程序，甚至虚拟身体；第二代“脑-机-脑接口”（BMBI）可以监测大脑活动，检测病理信号，然后将治疗信号发送回大脑，以扰乱正在发展的病理状况，例如帕金森病或慢性癫痫。 “由内而外的单向控制和内外沟通的闭环是两者的主要区别。”他说。

在 2021 年底发表在《国家科学评论》上的一项研究中，Nicolelis 指出，BMBI 将成为下一代神经假肢的基础，将其与各种神经刺激相结合，可为全球数以亿计的神经和为精神疾病提供非药物的个性化治疗。

“我相信，即使是抑郁症等精神疾病也可以从基于脑机接口核心概念的治疗中受益。脑机接口可能会成为一些已知药物的替代品，用于治疗各种神经系统疾病。” Nicolelis 说。

为此，他提出了一个口号：善待十亿人。根据世界卫生组织的相关统计，全球有10亿人患有某种神经或精神性脑部疾病。 Nicolelis 认为，脑机接口研究的主要目的是为这 10 亿人提供选择，以改善和恢复因大脑某些疾病或创伤而丧失的一些生理功能，提高生活质量。

“掷骰子”

2015年，巴西世界杯后的第二年，尼古拉斯出版的《脑机旅行》一书风靡全球。这本书以一个发人深省的典故结束。

卢比孔河是古罗马与其高卢殖民地的分界线。古罗马有一条法律规定，任何出征的军官都不能带军队过河进入罗马，否则将被视为叛国罪。公元前49年，凯撒在统一高卢时打破了这一禁忌。过河时，他说了这句话：“骰子已经扔了！”从此，他迈出了征服欧洲、建立罗马帝国的第一步。

现在，Nicolelis 和神经科学家已经跨过了思想和技术之河，来到了卢比孔河的另一边。那么，脑机接口将引领人类走向何方？

目前，脑机接口走向商业领域，也在引发人们对未来世界的无限遐想。比如，埃隆·马斯克曾期待通过脑机接口实现心灵的交流，存储或替换记忆，将大脑的想法传输到云端，实现“数字永生”……有人称之为“终极”。虚拟现实世界的“元宇宙”。形式”。

不过，Nicolelis 直言马斯克的一些假设永远不会发生。 “他对神经科学知之甚少，只是想通过其他领域的营销来赚钱，我们称之为‘炒作’。”

关于脑机接口是否会成为“元宇宙的终极形态”，Nicolelis 认为，人类是社会动物，在现实生活中需要与其他成员进行真正的社会互动。完全沉浸在虚拟世界中会产生“副作用”，例如人脑会发生变化并表现出不同的行为。 “从这个意义上说，元宇宙是一种倒退，因为它将人们排除在真正的社会存在之外。”

“我们已经遇到了孩子沉迷于电子游戏和互联网的问题，我担心如果在虚拟世界中花费更多时间，可能会出现更多问题，”Nicolelis 说，“所以，我不喜欢不负责任地引入技术，而不考虑它对人类的影响。”

随着脑机接口技术的飞速发展及其在各个领域的应用，一个隐藏的担忧是它是否会影响未来“人类”定义的边界。对此脑机接口技术几时可以实现，Nicolelis 认为，应该以公众和科学伦理作为技术发展的安全阀。 “科学伦理是一个非常重要的问题，需要带着责任一步一步小心翼翼地行动，始终让社会公开讨论是否应该使用技术以及在何处使用技术。”

“当我们使用脑机接口来减轻疼痛和提高人们的生活质量时，我们还必须意识到，这项技术不应该被用来伤害人类，”Nicolelis 说。

中国科学杂志（2022-02-28第二版国际版）