元宇宙的终极形式，竟然是脑机接口？

在充满活力的2022年11月12日，“科普中国-我是科学家”第42期活动火热上演，主题是“未来进行时”。中国科学院深圳先进技术研究院的李骁健研究员带来了主题为《修一座从脑到四肢的桥》的演讲。此次演讲被形象地称之为一场跨越时空的科学之旅。

演讲实录视频链接在此。接下来，让我们跟随李骁健的脚步，走进奇妙的脑机接口世界。

我专注于研究高性能脑机接口和类脑工程。今天，我有幸在这里与大家分享关于脑机接口的一些前沿知识。

现实中，脑机接口是一个难以触及的领域。为了更好地为大家呈现，让我们从科幻电影开始探讨。

电影《阿凡达》中的潘多拉基地为一位残疾的美国士兵创造了一个人造人，实现了意识替换和意识对接的神奇场景。尽管这两种技术在现实中还遥不可及，但它们为我们展示了未来科技的可能性。

而在电影《阿丽塔：战斗天使》中，医生成功地将人体的脑神经与机器完美结合，这种对接方式在生理角度上看起来是可行的。这正是许多像我一样的科研工作者努力追求的目标。

那么，究竟什么是脑机接口呢？简单来说，它是大脑与外界直接进行信息交换的一种方式。借助计算机作为信息中介，大脑可以直接与外界进行信息通讯。那么，为什么我们需要脑机接口呢？举一个例子，对于渐冻症患者来说，常规的疗法无法恢复他们的活动能力，而脑机接口或许能带来希望。

早在2012年，第一个人脑控机器人就成功出现了。通过头上的“插头”，患者可以将脑信号传递给计算机，通过集中意念控制机械臂进行复杂动作。这一技术的实现得益于我们对大脑结构的深入了解。

我们的大脑由相对独立的几个分区组成，如颞叶、顶叶、额叶等。这些区域共同协作，形成了一个庞大规模的神经元通讯网络，使大脑能够实现复杂功能。

为了获取这些神经元传递的信息，我们需要在大脑中放置传感器。那么传感器应该放在哪里呢？在这个问题上，我们可以借鉴体育场效应。类似于观众在体育场中选择最佳的观赛位置，我们在采集神经信号时也希望把传感器放在离神经元更近的位置，以获得更清晰的信号。

目前，脑机接口有三种常见的传感器放置位置：EEG、ECoG和刺入式传感器。它们各有优缺点，我们需要在采集神经信号的清晰度和对身体的影响之间寻找平衡。随着科技的进步，我们有望找到一种既能获取清晰信号又不对身体造成损伤的方法。神经信号的采集就像是在追求“鱼和熊掌兼得”的梦想。近年来，脑机接口技术日益受到关注，特别是在植入式脑机接口领域，一些前沿的科研团队和公司正在取得重大突破。以Neuralink为例，其采用刺入式电极，实现了微型化的脑机接口系统。这一系统分为有线和无线两种，无线系统的优势在于无需通过线缆连接，使得患者能够自由活动，但数据的采集与压缩成为一大挑战。Neuralink还展示了其专用芯片，凸显了科技在脑机接口领域的深度融合。

在中国，科研人员也在不断努力，研发出具有自主知识产权的植入式脑机接口系统。不同于Neuralink的刺入式电极，我们的项目采用贴在脑皮层表面的柔性电极网，这种技术避免了侵入性操作的风险。我们研发的脑机接口专用芯片拥有强大的电刺激通道功能，不仅能采集神经信号，还能将信号写入脑神经中，实现了读写双重功能。我们的实验室还研发了具有更高时空精度的微型ECoG电极阵列和光纳米神经遥控技术，这些技术为未来的全无线脑机接口系统奠定了基础。值得一提的是，我们也在尝试通过神经活动和声音的建模分析来实现语音合成器。通过采集特定的神经信号来重建声音，使合成的脑控声音越来越接近自然语音。这不仅对于渐冻症患者回归社交活动有着重要意义，也为其他相关疾病的治疗提供了新的思路。浙江大学的研究团队在高龄志愿者身上实现了脑控机器人抓取物品的实验成果。这些成果充分展示了中国在植入式脑机接口研究领域的实力和潜力。除了运动脑机接口领域的应用外，脑机接口还在难治性抑郁的治疗上取得了突破性的进展。尽管目前的研究仍面临精神类疾病多靶点协同调控的挑战，但这无疑为未来的精准医疗提供了新的可能性。无论是Neuralink还是国内的研究团队都在脑机接口领域取得了巨大的进展和突破性的成果这不仅给神经系统疾病的康复带来了希望也给未来科技的进步打开了新的大门让我们共同期待这一领域的更多精彩突破和创新成果的出现想象一下，未来的世界有了植入式脑机接口技术的加持，将会是怎样的场景呢？让我们以已故的著名科学家霍金先生为例，他的一生多数时间都在轮椅上度过。假如为他配备上一台波士顿动力机器人，并为他打造一个外骨骼机械身躯，借助脑控技术，他几乎可以自由地前往任何向往之地。

提及电影《阿丽塔：战斗天使》中的未来世界，其中脑神经与电子机械身体的融合生活方式，或许在不久的将来也将成为可能。当我们的思维与机器无缝对接，界限将被彻底打破，意念交流将如同呼吸般自然而然，贯穿地球的每一个角落。

而6G通讯技术的迅猛发展，其带宽将是现有5G技术的千倍以上。如此强大的通讯能力将有力支撑多人多地域的脑信息自由交流，让空间不再是障碍。届时，健康的人们也将渴望拥有属于自己的脑机接口，这甚至可以被认为是通往元宇宙的终极路径。

从医疗角度看，脑机接口的应用前景更是充满希望。去年，美国国家药监局发布了关于植入式脑机接口医疗器械的指南，而中国药监局也在积极推进相关指南的制定。信息标准化部门正致力于统一脑机接口的通讯标准，这些努力将推动更多脑机接口产品的问世，为众多患者带来生活质量的显著提升。

脑机接口不仅是一门深刻的科学，更是我们走向未来的桥梁。虽然当前仍有许多挑战和技术提升空间，但脑机接口的未来已经初现曙光。