世界“脑机接口”大师来京：瘫痪病人可感知“脚尖接触沙滩的感觉”
曾经被称为创投界下一个万亿级市场的“脑机接口”，在经历了2014年短暂的热炒之后归于沉寂。今年初，钢铁侠埃隆·马斯克和facebook扎克伯格对“脑机接口”的表态，再次引来了资本市场对于“脑机接口”的关注，国内外“脑机接口”研究机构与创业公司一片骚动。
6月13日，脑机接口研究先驱、巴西世界杯“机械战甲”发明者米格尔.尼科莱利斯、杜克大学教授/神经工程中心主任、畅销书《脑机穿越》作者米格尔.尼科莱利斯来到清华大学交流演讲，与国内脑机接口研究专家探讨了当今世界最前沿的脑机接口研究成果，以及脑机接口商业化面临的挑战。
技术更进一步
什么是脑机接口？它是人机接口、人机交互技术的一个分支。传统的人机交互需要外周的肌肉组织参与，比如手动操作、语音输入等，而脑机接口技术是直接从大脑提取信号来控制外部设备，在人的大脑和外部设备之间建立了直接联系。
作为国际研究联盟“重新行走项目”（Walk Again Project）的联合创始人，米格尔.尼科莱利斯最近几年的研究目标是开发、实施一个能够恢复严重瘫痪病人全身运动性的脑机接口，无论瘫痪是由脊髓创伤引起的，还是源于神经退行性疾病。
脑机接口研究先驱、巴西世界杯“机械战甲”发明者米格尔.尼科莱利斯、杜克大学教授/神经工程中心主任、畅销书《脑机穿越》作者米格尔.尼科莱利斯
在医学界，脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤,可导致体部感觉减退和运动能力丧失,比如无法行走。“过去，一个脊髓受伤的病人是不可能完全恢复到能够感受脚趾的感觉，”，国家康复辅具研究中心附属康复医院名誉院长毕胜表示。
但是，在脑机接口的早期试验中，一只猴子凭借植入其大脑的电极学会了控制电脑光标。这项研究后来被应用到晚期帕金森病患者身上，病人也能够控制电脑光标。
为了实现“重新行走项目”目标，尼科莱利斯和团队引入神经学、计算机工程技术等设计了神经假肢器官，以使瘫痪病人能够使用脑机接口控制全身外骨骼的运动（外骨骼是一种能够提供对生物柔软内部器官进行构构型、建筑和保护的坚硬的外部结构，如神经假肢器官）。戈登.程（慕尼黑技术大学机器人专家）设计的可穿戴机器人，可以使病人控制自己的上肢和下肢，支撑并搬运自己的身体，就像在他们的自主意愿支配下一样。
2016年11月的实验显示，一位瘫痪病人已经能够通过大脑意念控制神经假肢器官走动11步；瘫痪病人也能够感知自己脚底触摸沙滩的感觉；有位瘫痪的女病人甚至决定怀孕，可以感知自己的孩子。由于脊髓硬化原因，她最后通过剖腹产生下孩子。
恢复运动功能的神经假体（摘自《脑机穿越》）
在米格尔.尼科莱利斯《脑机穿越》一书中，详细介绍了脑机接口的技术原理。脑机接口控制的外骨骼需要新一代高密度微电极阵列，能够被安全植入人类大脑，并长期同时提供数万个分布在多个脑区中的神经元的可靠电活动记录。定制的神经芯片会被长期植入颅骨中，使研究人员可以将大脑电模式调节、加工成能够驱动外骨骼的信号。这些神经芯片还必须结合低功率、多通道无线技术，能够把几千个神经元产生的联合信息传递到大小相当于一部手机的可穿戴加工装置中，这个装置负责优化脑电信号；当病人学习如何操作神经假肢器官时，这个装置可以控制所有的训练程序，比如使病人能够开始行走，调整步速，并根据地形的改变做出姿势和步态调整。
在可穿戴机器人的各处还设置了力量及拉伸状态感受器，感受器可以产生连续的人工触觉和本体感受反馈信号，比如脚底接触沙滩的感觉等，这一系列信号可以反馈到大脑皮层中。
康复治疗会是脑机接口的重点应用领域。毕胜表示，过去的人机连接比如轮椅辅助下完成动作，或者是做个外骨骼替代病人的肢体，是康复领域常用的方法。
最近几年，随着神经学、计算机工程技术的发展，脑机接口研究有了新进展，人们期望通过脑电图、神经康复等脑机接口技术等改变大脑的可塑性，实现真正的康复。
规模商业化仍面临重重阻力
米格尔.尼科莱利斯在脑机接口方面的研究，已经让脑机接口在康复领域的应用成为现实。Facebook最新的脑机接口研究成果是让人们可以通过思维来“打字”，目前已经可以每分钟打8个字，未来能让人们通过脑波每分钟“打”100个单词。人们甚至想象了许多美妙的脑际接口应用场景：让思想保存、意念控制、脑际联网等等。
但是脑机接口的规模商业化仍面临以下重重阻力。
其一：尼科莱利斯多年来研究的主要是大脑运动皮层的解码，如对三维机械臂的控制；除了运动皮层，人类脑细胞百亿级别数量，高级大脑活动的解码很重要，比如，在大脑如何真正解读词汇词义等方面的研究等还需要做更多工作。但人类对大脑认知和大脑功能的研究还存在诸多挑战，必须要有解码方式的重大突破，才能实现更广泛的解码和应用。
其二：脑机接口研究方法的局限。脑机接口现在有两大类研究方法，一类是有创的脑机接口技术，就是把神经电极直接植入大脑，提取神经元的信号，米格尔·尼科莱利斯在大脑植入这一块是领先的。但是这种方法的 问题是把一个异物植入到大脑组织里，大脑会产生排异反应或炎症反应，所以不能植入时间太长，时间长了信号会越来越衰减，而且会对大脑造成无法修复的伤害。还有一类是无创的脑机接口技术，就是直接在大脑皮层上，在头皮上搁上电极，就像心电图、脑电图一样，记录脑信号。这种方法虽然对人没有损伤，可以一直记录，但其弱点是信号非常微弱。
其三：道德风险问题。在《阿凡达》电影中，人们用尾巴连在一起，大脑就可以互通；或者如钢铁侠埃隆·马斯克所设想的用脑机接口技术研发出“超人”；这是否是脑机接口的未来？假如“意识”“思维”真的可以复制，人们的思想可以被随意控制，一旦这项技术落入恶人之手，人类会走向哪里？
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