脑机接口如何改变未来?他来告诉你

脑机接口如何改变未来?他来告诉你

  他被称为“脑机接口之父”。这或许能够概括美国杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)对这个领域的突出贡献。

  2014年,全球逾十亿观众见证了他和脑机接口研究的一次“高光时刻”—— 一名全身瘫痪的青年借助一副“机械战甲”外骨骼成功为巴西世界杯开球。

  诞生22年来,脑机接口已从科学概念应用于临床康复医疗,并成为商业界宠儿。谈及脑机接口等前沿技术的未来应用,他向《中国科学报》表示:“科学伦理是非常重要的一个问题,我们需要一步步谨慎前进,并始终允许社会公开讨论一项技术是否应该被应用,以及应用到何处。”

  20世纪90年代,尼科莱利斯师从哈内曼大学教授约翰·切宾(John Chapin),研究大脑功能。

  当时,脑神经科学有两种主要猜想:认为神经元是连续网络的“分布论”和神经元各自独立运作的“局部论”。20世纪的大部分时间,后者都是主导性声音。

  尼科莱利斯和切宾属于少数派。他们支持“分布论”,并做了大量开创性工作,开发了一系列新方法,了解大量神经元如何在动物行为中协同工作。

  1998年的一天,他们意识到需要一种新范式和技术测试大脑功能的一些假设,于是产生了把大脑和机器连接起来的想法,并将其命名为“脑机接口”(BMI)。2000年,尼科莱利斯在《自然》杂志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。

  “一言以蔽之,脑机接口是一种让大脑与机器直连的方法。”尼科莱利斯向《中国科学报》解释,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,并记录相应大脑活动,然后将其转化为能够发送至人工执行装置的数字指令。

  一开始,尼科莱利斯和切宾创建了脑机接口这个研究大脑的新范式,后来他们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,在6万多名现场观众和12亿电视、网络观众的注视下,巴西瘫痪青年朱利亚诺·平托为世界杯开球。“平托行走的一小步,是脑机接口技术发展的一大步。”当时的电视转播解说员如是说。

  巴西世界杯前,平托因为车祸导致脊柱T4以下瘫痪已经9年。通过参与尼科莱利斯发起的“重拾行走计划”(WAP),他利用脑机接口将采集自大脑的信号绕过脊椎损伤部位,以数字形式传输至可穿戴式的全新机甲中,并控制机甲完成开球任务。

  故事到这里尚未结束——经过10个月的训练,平托的脊椎损伤等级评定为T11以下瘫痪,7节脊椎恢复了感知、活动和运动控制功能。据介绍,今天平托已经基本恢复了自主行动能力,开始了新的生活。

  尼科莱利斯坦言最初并未想到能走到这一步。“这说明有时候基础科学能引领你到达从未想象过的地方,带来意料之外的发现。”他说。

  如今,已有近30个国家和地区的科研团队围绕WAP开展合作研究。2018年,北京宣武医院成为亚洲首个加入该计划的机构。去年,在其开展的临床试验中,一位瘫痪6年的女性病患在经过半年多的治疗训练后,已经能在使用助行器的情况下独自行走。

  “最初那几年真不容易。因为有不少科学家非常保守,在一个新事物的初期,他们会怀疑一切。”尼科莱利斯说,“我们很难说服所有人,就持续发表实验结果。”

  质疑者最终被事实折服。2004年,尼科莱利斯和切宾发表了第一篇关于人类脑机接口受试者的论文:在用于治疗帕金森氏症的神经外科手术过程中,让11位病人通过脑机接口全部实现仅凭脑部活动操作电子游戏。这一里程碑研究在2004年登上了《神经外科期刊》封面,让所有人相信人类能够使用脑机接口。

  “脑机接口可能适用于所有领域,但在医学领域的率先应用是最可行的,也是现在更普遍的。”他说。

  尼科莱利斯将当前的脑机接口在医学领域的应用划分为两代技术。第一代“脑机接口”,从大脑电信号中获取信号,并将其传递给控制设备,如机械手臂、电脑程序,甚至可以是虚拟的身体;第二代“脑—机—脑接口”(BMBI)可以监测大脑活动,检测病理信号,然后把治疗信号传回大脑,扰动正在产生的病理状态,如帕金森氏症或慢性癫痫。“由内而外的单向控制和内外互通的闭环,就是这两者的主要区别。”他说。

  在2021年底发表于《国家科学评论》的一项研究中,尼科莱利斯指出,BMBI将是下一代神经假肢的基础,将其与各种神经刺激相结合,或将为全球数亿罹患神经性和精神性疾病的患者提供非药物性的个性化治疗。

  “我相信即使是抑郁症等精神疾病也可以在基于脑机接口核心概念的疗法中受益。脑机接口或将成为一些已知药物的替代疗法,用于治疗各种神经疾病。”尼科莱利斯说。

  为此,他提出了一个口号:治疗10亿人。根据世界卫生组织相关统计,全世界有10亿人患有某种神经性或精神性大脑紊乱病症。尼科莱利斯认为脑机接口研究的主要目的是为这10亿人提供选择,使其改善和恢复因大脑的某些疾病或创伤损失的一些生理功能,提高生活质量。

  2015年,巴西世界杯过后第二年,尼科莱利斯出版的《脑机穿越》一书风靡世界。该书以一则引人深思的典故结尾。

  卢比孔河曾是古罗马与其殖民地高卢地区的分界线。古罗马有一条法律规定,在外征战的军官,谁也不可以带着军队跨越这条河进入罗马本土,否则就会被视为叛逆。公元前49年,凯撒统一高卢后打破了这个禁忌。渡河时,他说了这样一句话:“骰子已经掷出!”从此迈出了征服欧洲、缔造罗马帝国的第一步。

  现在,尼科莱利斯和神经学家已经跨越了思想和技术的河流,站在了“卢比孔河”的对岸。那么,脑机接口会带领人类走向何方?

  当前,走向商业领域的脑机接口也在引发人们对未来世界的无限遐想。例如,埃隆·马斯克曾展望通过脑机接口实现思维相通、进行记忆存储或替换、将大脑意念传递至云端达到“数字永生”……有人称此为虚拟现实世界“元宇宙”的“终极形态”。

  不过,尼科莱利斯直言,马斯克的一些假想永远不会发生。“他对神经科学知之甚少,只是试图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”,尼科莱利斯认为,人是社会性动物,需要在现实生活中与其他成员互动的真实社交。完全沉浸在虚拟世界中具有“副作用”,如人的大脑将会改变,产生不同的行为。“从这个意义上讲,元宇宙是一种倒退,因为它将人们从真实的社会存在中排除出去。”

  “我们已经有诸如孩子沉迷于电子游戏和因特网带来的问题,我担心如果花更多的时间在虚拟世界里,可能会产生更多问题。”尼科莱利斯说,“所以,我不太喜欢不负责地引进技术,却不去考虑它会对人类产生什么影响。”

  在脑机接口技术迅猛发展并逐渐在各领域得以应用的当下,其带来的一个隐忧是,能否冲击未来“人类”定义的边界。对此,尼科莱利斯认为,社会大众和科学伦理应当作为技术发展的安全阀。“科学伦理是非常重要的一个问题,人们需要带着责任一步步地谨慎前进,始终允许社会公开讨论一项技术是否应该被应用以及被应用到何地。”

  “我们在使用脑机接口减少病痛、提高人们生活质量的同时,也要意识到这项技术不应该被用来伤害人类。”尼科莱利斯说。

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