深圳传来大消息！ 中国科学家有突破！
不久前，电影《阿凡达》重新上映，人们得以重温潘多拉星球的神奇：通过自带的“万能接口”，纳美人能用意念召唤坐骑和各个物种直接交流。而从电影初次上映至今的12年间，人类的脑机接口研究也取得了重大突破。
“脑机接口技术可以拓宽人们和外界沟通的渠道，突破眼睛、鼻子、嘴或手的限制，实现意念感知，甚至通过重组神经网络，训练出'超级大脑’。”近日，中科院深圳先进院正高级工程师李骁健告诉记者。据悉，其团队在国内率先打通了脑机接口全技术链，目前已将柔性电极阵列接入猕猴脑内。
李骁健
脑机接口并不神秘
走进李骁健的实验室，各种零件、设备、工具满满当当。比起科学实验室，这里更像一个工程实验间。其中，头顶接有一个小盒子外设的玩具猴引人注目。李骁健说，这是团队对比真实实验猴制作的演示道具。
脑机接口，本质上是在人或动物的脑与外部设备间，创建用于信息交换的连接通路。根据采集信息方式的不同，分为植入式和非植入式两种。其中，植入式即将传感器植入脑内，可获得高质量的神经信号，并利用电流让计算机和脑细胞产生“互动”，而非植入式只需戴上“脑电帽子”，通过无创的经颅电刺激，来达到一定的信息传递效果。
李骁健团队专注于植入式脑机接口的研究。他向记者详细展示了实验中涉及到的各个模块，“脑机接口并不玄幻，只是技术链比较长。”
首先，将传感器植入对应的脑区中，为使采集到的信息达到一定精度，传感器数量可以达到成千上万个；在采集到神经信号后，由连接着的芯片和电路进行预处理，放大神经电信号并处理掉干扰信息，转化为数字电信号；接下来，分析采集到的信息，进行解码；然后通过再编码，形成效应器控制指令，比如控制机械臂给自己端一杯咖啡，或实现意念打字；此时感知到的执行信息再反馈给大脑，用来确定后续的任务。
“这其中涉及到从脑到机和从机到脑两个过程，难点包括判断哪个脑区负责哪些信息、如何让成千上万个传感器同时工作、如何让植入对大脑的损伤尽可能小，反馈给大脑的信息如何尽量还原为真实感知等。”李骁健告诉记者。
“超级大脑”或许可行
事实上，最近的脑机接口界可谓十分热闹。
今年4月，马斯克的Neuralink公司在猴脑中植入脑机接口，让其意念玩电子游戏。5月，顶级期刊《科学》刊登了斯坦福大学的最新成果，大脑中植入了脑机接口的瘫痪患者，实现了意念写字。
“这两项成果都是典型的应用示范，”李骁健说，“在相关技术达到一定积累的时候，科学家们开始寻找具体的应用，在这个过程中让技术进一步完善。”
比如在斯坦福大学的实验中，科研人员遇到一个难题：患者的手已经瘫痪十多年，他的大脑还“记得”用笔写字这一神经活动吗？最终，团队通过一种被称为数据增强的方法，在神经活动模式中引入人为变化来拓展训练数据，最终模仿人类大脑中产生的自然变化。
斯坦福团队的意念写字登上《Nature》封面
李骁健告诉记者，理论上，通过训练，可以重塑大脑中的神经网络。“就像骑自行车、游泳，都不是与生俱来的技能，却可以通过后天训练，让大脑中负责这些活动的神经元'排列组合’，形成新的神经网络。”他举例道。
在斯坦福大学的实验中，患者脊髓中控制运动的神经元坏死，科学家通过读取写字这种运动在脑内的神经信息，重现了用手写字的活动。类似的，如果负责某些运动的神经元坏死，也可以训练附近的神经元来代替，而脑机接口是重要工具。
“如果'脑洞’再大一些，人们可以通过脑机接口，训练塑造出此前从未出现过的脑神经网络，可能形成'超级大脑’。这会是神经工程的变革性技术。”李骁健说。
值得一提的是，对于Neuralink公司提出的，脑机接口可实现记忆的下载和上传，业界先驱米格尔·尼克莱斯利曾在腾讯WE大会上表示，“过于玄幻，'数字永生’也并不存在。”
英剧《黑镜》中，人们可以上传和保存自己的意念，实现“数字永生”
深圳有技术优势
双光子显微镜、神经拟态的柔性电极阵列、光驱动神经遥控技术……李骁健主持和参与研发的新技术、新设备着实不少。他表示，这些都是为研究和发展脑机接口技术开发的工具。
“脑机接口的产业链较长，其中又涉及生物学、神经学、材料学、计算机、电子工程等多门学科，有效的工具必不可少。”李骁健说。他特别提到在深圳从事这一研究的优势：深港的脑科学领域在国内较为先进，而深圳的智能制造业发达。团队自己设计的零件和样机，大都在深圳可以找到订制厂家。上午送去样图，一两天就能拿到实物，这在别的地方是做不到的。
尽管团队已打通全技术链，甚至做出了和Neuralink系统带宽同级别的脑机接口装置，但李骁健也承认目前的一些关键技术与国际水平相比，还有一定差距。比如Neuralink的高密度传感器只有头发丝的1/4，定制的神经芯片比人的指甲还小很多。“我们目前也在朝设备微型化的方向努力，只有设备越来越小，直至看不出来，脑机接口才有大规模应用的可能。”李骁健说。
谈及具体落地应用，他认为有三个主要方向。第一是神经疾病治疗和神经系统替代，比如瘫痪患者的“脑控假肢”，甚至脱离外挂机械，实现自主神经修复。第二是神经调控，用于干预某些精神类疾病可能引发的危险行为。事实上，人脑的决策往往比实际行动要快几秒钟，而脑机接口可以在获取神经系统的危险决策后，在人付诸行动前将其阻止，当然其中涉及到伦理安全问题。第三是跨越感官进行交流，这是人类较高层次的对信息的诉求。马斯克在初建Neuralink时也提到，人类需要突破主要依赖眼睛和嘴巴收发信息的瓶颈，以更高效的形式，生活在未来的信息世界中。
脑机接口大事记
1924年，德国精神病学家伯格发现了脑电图，人们看到了来自大脑的信号。
1969年，华盛顿大学医学院利用猴子进行脑电生物反馈的研究。
1990年代，杜克大学的尼可莱里斯完成对老鼠运动脑电波的初步研究，实现了提取夜猴的皮层运动神经元信号，来控制机器人手臂。
1999年，哈佛大学的斯坦利试图解码猫的神经元放电信息，来重建视觉图像，从中能看到可辨认的物体和场景。
2000年，Donoghue小组实现恒河猴对计算机屏幕上的光标运动控制，来追踪视觉目标，其中猴子不需要运动肢体。
2008年，匹兹堡大学神经生物学家宣称利用脑机接口，猴子能用操纵机械臂给自己喂食，标志着相关技术已实现动物脑和外部设备直接相连。
2009年，美国南加州大学的伯格小组研制出能够模拟海马体功能的神经芯片。该团队将这种芯片植入大鼠脑内，使其成为高级脑功能假体。
2014年，巴西世界杯，身着机器战甲的截肢患者，凭借脑机接口和机械外骨骼开出了一球，背后技术由尼可莱里斯团队提供。
2016年，美国明尼苏达大学取得重大突破，让普通人在没有植入大脑电极的情况下，只凭借“意念”，在复杂的三维空间内实现物体控制，包括操纵机器臂抓取、放置物体和控制飞行器飞行。
2017年，斯坦福大学团队发表论文，宣布他们成功让三名受试瘫痪者通过简单的想象，精准控制电脑屏幕的光标，输入了他们想说的话，其中一名患者可以在1分钟内平均输入39个字母。
2020年，埃隆·马斯克旗下的Neuralink公司找来“三只小猪”，向全世界展示了采集到的大脑信号。