侵入式脑机技术是什么?脑机技术在国内的发展前景?人工智能在脑机接口企业发展中发挥着怎样的作用?未来脑机接口技术将如何影响社会和各个行业?“意念控制”离我们还远吗?
跨界对谈!任泽平博士与BrainCo(强脑科技)创始人、首席执行官：韩璧丞先生，深入探讨人工智能和脑与认知领域的交汇点，宏观洞察结合企业实践，寻找人工智能+脑机接口的无限可能。
01 脑机接口是什么?
任泽平：首先请您给我们科普一下，脑机接口是什么?
韩璧丞：脑机接口的字面意思非常简单，就是通过机器结合算法，将人的大脑、神经意识与外界设备进行直接连接。
脑机接口主要分成两大类：第一大类是侵入式，需要将头骨打开，把电极插在人的大脑里面或表面;另一大类是非侵入式，在不开颅的情况下，在大脑表面采集大脑深度发出来的神经信息，比如脑电信息，然后通过这些信息去解读大脑里面的想法以及对外进行操控。比如现在我们想去握拳、抓取东西，都是由大脑里面发出信号通过周边神经去控制肌肉。通过脑机接口方法直接解读意识就是脑机接口技术的核心，重点就在于信息的采集。
任泽平：我们可以通过软件或者硬件读取大脑的神经信息来做一些事情，比如通过读取残障人士的脑电波可以帮助其握住东西、行走，这是什么原理?
韩璧丞：我们团队做的第一个产品就是“手”。我们当时创立这家公司时关注到的第一类人群就是肢体残疾的人群。中国残联官网的数据显示中国有2400多万肢体残疾的人，手脚全部丧失的人有300多万。这部分人群大多数都只能待在家里。我们当时就想通过脑机接口技术来帮他们做一个全新的、可以用人的神经意识去直接控制的“手”。
但是这里面临很多非常复杂的问题。比如手是非常灵敏和复杂的器官。又比如如何去解析这个人大脑的神经?其实在让手动起来时，大脑并不会想什么，或者说我们感知不到大脑在想什么，但是我们的技术必须要去检测到一个没有手的残疾人的大脑里这样一闪而过、非常微弱的信号，然后去控制机械手完成动作。而且有可能是一边动手一边在跟人沟通。我们的技术就必须要把非常微弱的信号给分离出来。
任泽平：能非常准确地分离出来吗?
韩璧丞：这是脑机接口里面极其难的一个技术。其实在残疾人的残臂上还有大量残留的神经信号，给残疾人装智能假手的思路就是通过解析手臂残断的神经信号倒推大脑在想什么。当机器通过传感器和人的神经融合在一起的时候，相当于给了残疾人一个接口，他可以通过这个接口去不断升级自己的能力。
任泽平：装上智能假手后残疾人能够实现基本的生活自理吗?
韩璧丞：安装完上肢的人基本上可以恢复生活中绝大多数的操作。目前美国的商业保险相对来说更成熟，绝大多数残疾人每四年可以免费领一个智能假肢。智能假肢非常昂贵，大概几十万人民币，可能还没有我们基于脑机接口技术的产品性能好。我们也在思考，有什么办法能让中国300万没有手和脚的人都能安装上这种高性能的智能假肢。如果能实现，就相当于创造了300多万个新生就业。美国绝大部分的商业保险都覆盖了假肢。这些险种主要是来自于民间的商业公司。商业性质的公司愿意帮助残疾人安装假肢，一定是有所收益的。所以我觉得在中国，未来趋势一定是利用商业保险或者其他方式，去帮助这些残疾人安装高性能假肢。
回到刚刚的问题，装上智能假手能够实现基本的生活自理吗?我们整个公司以研发为主，团队人数其实并不多，现在有七个失去上肢或下肢的残疾人同事。这些同事带上我们的假肢之后可以做编程、产品设计，跟正常员工一样。所以我们公司就是个样版，证明这些残疾人装上了神经控制的假肢后，可以像正常人一样去生活，这也是现在脑机接口大爆发的一个重要体现。
02 非侵入VS侵入式
韩璧丞：脑机接口现在已经有将近100多年的历史，最早是1924年德国的汉斯·贝格尔医生发起，到现在埃隆·马斯克的公司Neuralink也全力在做脑机接口，引起很多人关注。
任泽平：Neuralink和BrainCo有什么不同?
韩璧丞：Neuralink是在加州，BrainCo最早是在波士顿，它们其实代表了美国两边的技术路线。东岸的很多学校，像哈佛大学、MIT、卡内基梅隆等实验室是专注于非侵入式脑机接口的。我们相信不用开颅也能解决脑机接口的问题，但是需要在传感器和算法上做非常大的突破，以及要对神经科学有非常深厚的理解。美国西部的很多实验室和学校，像斯坦福，是偏向于侵入式的。非侵入式的这类企业，它们的技术路线在于如何把采集的数据变得更加准确。侵入式这类公司的技术路线在于如何把开颅手术做的安全。
任泽平：非侵入式的优点非常明显，不用做开颅手术，但它的准确性能不能赶上侵入式?
韩璧丞：侵入式是把头颅打开，把电极插进去，采集信号的精准度比非侵入式强无数倍，但是能采集的信息量是很有限的，因为一般只能打开一个“洞”。非侵入式，第一可以在全脑进行数据采集。第二，可以实现大规模人数的采集，然后通过这些数据去找到个性和共性，更好地去拆解里面的信息。
无论是侵入式还是非侵入式，他们所想解决的问题是类似的。解读大脑里面的信息，同时根据这些信息去干预大脑，解决一些脑疾病。但是在真实世界，他们所解决的问题是不一样的。比如说侵入式，像马斯克这家公司宣布要先解决两类人群的问题，第一类是失明的人，他们现在努力地去做视觉重建。开颅手术对于失明的人来说，一定是个很好的选择。另一类，全身重度瘫痪的人，通过侵入式脑机接口技术，绕过中间的神经连接直接控制四肢，实现重新行走。此外侵入式对于帕金森、ALS渐冻症、癫痫等等这类较为重度的病症是有直接帮助的。但是对于更广泛的，比如睡眠问题、老年痴呆、自闭症、多动症、抑郁症以及智力残疾的这部分人群，非侵入式就是更好的选择。
任泽平：植物人可以用吗?
韩璧丞：植物人是一类统称，比如说像ALS渐冻症患者，实际上绝大部分已经不能动了，但是他大脑里面还有一些信息。我们就可以从中提取信息，让他对外发出指令。以前我们在研究里面也做过类似的实验，通过非侵入式的电极帽，当别人跟病人说话的时候，他可以发出是或不是的一个反馈。
任泽平：韩博，听说您的研发可以改善失眠问题，能不能给我们介绍介绍?
韩璧丞：我们在过去9年里主要在做两件事情，第一件事情就是把脑机接口的这个信号采集和信号分析平台给做好，相当于做了一个超高精度的传感器。这相当于把人实时的状态和干预的手段结合在一起。我们可以把这个设备想象成一个哄睡师，根据你的状态给出干预，让人能够更好地睡着。但是我们做这个产品时，也发现了一个很复杂的问题。失眠的原因有太多种了，总结出来可能都有八九十种。比如说明天要开会紧张失眠，或者跟女朋友吵架了失眠，我们的技术对这种事件性的情况就比较难以干预。
任泽平：长期失眠一般都是什么原因导致的?
韩璧丞：我们可以把大脑想象成是一个一直在工作的机器。如果从脑电检测来看，高频波多的时候就证明大脑在非常活跃的状态。低频波多的时候，大脑就处于一个放松的类似于快进入睡眠的状态。如果一个人在装睡，一个人在真睡，通过脑电检测是一定能判断出来的。
任泽平：说真话和说假话的脑波是不是也不一样?
韩璧丞：如果设备采集的精准度足够高、数据量足够大的话，它是一定能判断出来的。因为针对人的情绪反应和心理反应，脑电是非常精准和微弱的信号，信息量超级大。
脑机接口的未来为什么充满想象?是因为它可以把整个大脑的黑箱给打开。日本有实验室做了一个实验，通过功能性核磁共振扫描大脑，让一个人看或想一个图片，直接扫描大脑，就可以在屏幕上显示出想的内容，这就让人的大脑变得透明了。脑机接口这项技术之所以引起很多人关注，就是因为它在不断把大脑的能力给释放出来，把里面的信息打开。
任泽平：怎么通过脑机接口的技术让一个有长期失眠困扰的人有更好的睡眠?
韩璧丞：首先就是判断他现在处于一个什么样的状态。当处于脑波下行的状态的时候，就给他一个CES经颅电的干预。我们可以把它想象成是一个非常微弱的电信号去干预大脑。然后大脑就会产生内源性的褪黑素，并且会降低皮质醇，慢慢进入到平静的状态。
其实睡眠在动物界看起来不是一个好的事情。因为在睡觉的过程当中容易受到袭击，同时也在消耗能量。但是所有的动物都需要睡眠，因为在睡眠里面有非常复杂的自我修复机制。在进化的过程当中，这种机制让睡眠的动物留存了下来。
03 人工智能+脑机接口
任泽平：脑机接口和人工智能有什么关联?或者有什么可以相互交融的地方?
打个比方，其实很多人追求长寿。前一段时间有位企业家刚给母校捐了六个亿。这位企业家是做生物技术的。他说长寿的秘诀一半以上在菌群。所以他就一直研究人类的肠道益生菌。也有人说脑机接口实现后，未来人的身体就全部可以不要了，只把大脑留下来。有没有可能通过脑机接口实现人类的永生?
韩璧丞：我们来脑洞大开地讲讲这个领域。目前确实有一个学派在研究如何让人永生，理论基础也比较简单，就是保存人的身体和保存大脑哪个更容易。大脑只有三磅重，保存大脑显然是更容易的。那么第二个问题就是，感知是什么?我们怎么感知这个世界?其实人是有五种感知的，形、声、闻、味、触。未来如果保存大脑，并且让它生成这五种感知，它就有可能会让我们感觉到依旧像现在一样生活。最开始这其实是一个哲学问题，是十九世纪七十年代出现的假想“缸中之脑”。但是它现在慢慢成为了一个技术问题，如何通过技术来去实现，这里面就有一个很复杂的问题，记忆是否可以被移植或者被保存?
南加大教授西奥多·伯格之前做了一个非常有趣的实验。他想证明人或者哺乳动物的记忆到底有没有可能从一个动物移到另一个动物的身体里。所以他布置了一个笼子，左边和右边都有食物。把老鼠放在笼子里面，每次去左边觅食的时候就电它一下，慢慢地老鼠就只去右边吃东西。他在老鼠的大脑里面装入了一个芯片去记录整个大脑活动的状态，后来这个芯片被移植到了另一个完全没有到过笼子的老鼠的大脑里面。结果这只老鼠第一次进入这个笼子就知道不要碰左边，要到右边。如果可以移植一个如此复杂的关联记忆，那么是否可以把所有的感知、认知和历史全部都移植到另一个组织里面?如果实现了，那么很有可能未来人类就会达到永生的状态。当然实话实说，这离现在非常遥远，但起码已经证明了第一步。
任泽平：我听说BrainCo也在研发解决孩子自闭症的问题。您能不能给我们讲讲?
韩璧丞：自闭症，也叫孤独症，是个很复杂的问题。大部分是来自于遗传以及早期的家庭环境。它其实大概有十几种不同的症状。但是最主要的一个问题是社交性功能异常。医生通常会做一个实验来诊断孩子有没有自闭症。当我们在手上画圈时，一般的小孩会看人画圈，或者观察这人在干嘛。但自闭症小孩发现你在做大幅度的动作，会把眼睛躲开，不愿意跟你交流。而且为什么人能掌握语言?靠模仿。但是自闭症的孩子不会去模仿。
在学术界就有一种研究，大家是怎么去模仿别人的?比如在会议室里，突然有一个人打了一个哈欠，其他人也会跟着不自觉打哈欠。哈欠到底是怎么传染的?学术上还是在探索的过程中。但是现在有一个解释是，人其实有一个叫镜像神经元的系统，会在潜意识里面去模仿其他人的动作，以便快速融入群体。但是自闭症孩子的这部分镜像神经元功能就不强。哈佛大学有很多教授在做这类的研究，也做了大量的临床实验。我们把它变成了真实世界的一个产品，通过调控自闭症孩子大脑里面的脑波，让孩子有更好的社交和语言能力。当然我们必须要承认自闭症其实是难以治疗的，我也不觉得我们的产品可以根治自闭症，目前是作为一个辅助疗法。但是希望在未来，我们能够让自闭症人群有更好的语言能力和社交意愿，能让这群孩子像正常孩子一样去生活。这是我们现在正努力的方向。但是说实话，它非常难，因为脑疾病是极难攻克的，这是需要不断去投入去解题的一个过程。
任泽平：人工智能跟脑机接口之间有什么关联吗?
韩璧丞：两个方向看，第一，现在大部分前沿的人工智能理论其实都受到了人脑神经结构和传输理论的影响。现在很多类脑芯片的运算过程都受到了大脑连接方式的启发。人的大脑无比复杂，有八百六十亿到上千亿个神经元。这些神经元在不断的连接、传递信息，进化中间的节点。它高效的方式其实启发了人工智能的进程。现在其实很多做AI的顶级公司CEO或者负责人，之前都学过神经科学。比如DeepMind的创始人，他之前也是一位神经科学家。
另一方面，AI对于做脑机接口的团队来讲是绝好的工具。比如以前做假肢只能做模式识别，相当于通过很简单的计算区分每类信号代表什么，这样就达不到非常丝滑控制手部动作的需求。但现在做智能假肢最核心的就是通过深度学习让假肢原有的神经控制进行耦合，让它能够像自己的手一样。
AI技术在这里面也解决了非常复杂的问题。失去手的原因大概有一百二十多种，烧伤、疾病、车祸、炸伤等，不同情况所残留的残肢和神经信号是完全不同的。对抗如此复杂的情形只能让AI的工具慢慢去适应手，去做生活中的所有的场景。AI技术的成熟推动了脑机接口爆发式增长。
我2011年在科研机构里面工作的时候，有一位非常有名的科学家叫Linda B. Buck，她是2004年诺贝尔奖的得主。她研究的课题是动物或人到底怎么产生嗅觉?为什么能闻到味道?她发现人的鼻子里面大概有1000多个神经受体，这些神经受体闻到花的味道或不同的味道会起反应，然后再传成电信号传到大脑。她把原理搞清楚之后就相当于解出题了。
当时基金会给她写了一段话，“在春天闻到了丁香花的香味，到了秋天，大脑想起丁香花的时候依然能记得味道。”因为虽然没有神经受体能够感受到，但大脑里依旧可以形成信号。有些理论说在大脑通过1000个受体能产生1万个不同的气味组合。如果在未来，通过AI算法大脑会产生100万个气味的组合，那么不需要闻什么东西，就能刺激干预。
任泽平：如果我们的嗅觉、味觉都可以操控，那就很厉害了，很容易提高人的幸福指数。
韩璧丞：您这点说的非常对，如果味觉、嗅觉可以被编辑的话，其他的感官都可以被编辑。
举个例子，马斯克说话喜欢只说一半。他最早发布Neuralink的时候，在一头猪上面开了两个“脑洞”。但这是有问题的。因为大脑是需要很多地方来协同工作的，所以在未来需要开很多的脑洞，才能够实现更多东西。他最近又宣布脑机接口公司要做视觉的解决方案，让失明的人重新看见。但是他同样话只说了一半，因为如果失明的人装上了传感器并植入大脑，那么他不仅仅能重新看见，还可以变成超人，能看见原本看不见的东西，比如紫外线、红外线等不同波段的光线。如果在他的听觉里面装超级传感器，那人真的可以成为千里眼、顺风耳了。在过去一百年的神经科学这些实验里面，大家逐渐达成了共识，就是脑机接口一定分成两个阶段。第一阶段，解决一些人的病痛问题;第二阶段，让人有更强的能力。
04 未来，拥抱脑机技术
任泽平：受益颇深，那您再给我们讲讲，未来脑机接口将怎么影响社会的各行各业，包括每个人?
韩璧丞：脑机接口会开启生命更多的可能性。未来改变的第一类人就是有各种各样神经类或者神经相关问题的人。到目前为止，所有医疗的花销里面，其中有30%左右是跟人大脑和神经相关的。比如现在80岁以上的人大概有40%有不同程度的阿尔兹海默症，这随着人口老龄化将是个极大的社会问题。以前这个问题没有很尖锐是因为人的平均寿命没有到80岁以上。
而目前对阿尔兹海默症的很多药物干预都没有什么好的效果。很多神经科学家，特别是MIT的，他们在做一种解决方案，就是通过40Hz的光闪去干预大脑。临床表现上，大脑里面老年痴呆的标记物在急剧减少。这就可能是影响每个家庭非常重要的良方。
现在睡眠也困扰了很多人，解决睡眠问题的第一阶段一定是解决有精神压力和问题的这部分人群;第二阶段就是人类对于自身的探索。脑机接口可以让大脑的能力增强。比如刚才提到的功能性核磁共振，可以让大脑对外表达的通路变得更多。现在人在1分钟最快只能说250个字，但如果有脑机接口，人可能1分钟可以表达一两千个字。当然这也会面临很多的伦理问题。
任泽平：是的，第一个是治理失眠，有一半人有不同程度的睡眠障碍，会带来抑郁、工作效率低下、幸福指数不高等问题;第二个是有很多残障人士，通过脑机接口安装智能的假肢，可以大幅地提高他生活的质量;第三个刚才您讲的，自闭症也是很大的应用领域。
那么哪些产品已经开始接近大规模、社会化的商业应用了?哪些可能还是在远期的研究、实验室的阶段?
韩璧丞：BrainCo强脑科技在这个领域也算是年头最久的几家公司之一了，目前我们现在观察到的，第一，比如肢体残疾的人，现在的产品解决方案已经非常成熟了。
第二，睡眠产品现在能满足一部分人的需求。比如四亿人当中可能存在九十多种不同程度的睡眠问题，有几大类问题是能解决的，虽然现在还不能解决所有人的问题，但随着产品不断迭代，我相信以后慢慢都能解决掉。
第三，自闭症的产品。现在美国每36个新生儿里面就有1个孩子有不同程度的自闭症问题，这是很大的一类人群。现在我们的自闭症产品也做了几组临床试验，目前在语言功能和社交能力的改善上都有一些效果。但是搞科研特别像研发一种解决方案，我们也希望能够长久去解决问题，影响更多的人群。
任泽平：今天看到很多人给韩博士加油，大家都觉得这个领域的研究人员很了不起，这也是我想说的。我们的社会和国家特别需要身在前沿科技的人。勇敢的挑战者们追逐梦想，造福人类。祝福大家!
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