鑽石舞台

這些問題看起來不切實際、腦洞大開，實則不然。「10年前科幻小說和電影裡的場景，如今已通過科學技術照進現實。比如，我們已證實腦機接口技術可以重建人們的運動能力。」天橋腦科學研究院應用神經技術前沿實驗室主任Gerwin Schalk教授的回答，給了腦科學界研究者們無限遐想的可能和探索未知的指引。

在剛剛過去的周末，由天橋腦科學研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI）主辦的「面向大眾的神經技術」國際論壇順利舉行。4個多小時裡，來自中國、美國、德國、荷蘭和新加坡的5位國際知名科學家向公眾介紹了最前沿的神經技術，並探討了這些技術在臨床、精神和心理等領域的應用進展。

據悉，近52萬人次的在線觀眾參與到了這次會議中，提出了許多頗具啟發性的問題，並與科學家們進行了精彩的雲端互動。

來自天橋腦科學研究院應用神經技術前沿實驗室（TCCI Frontier Lab）主任Gerwin Schalk教授首先介紹了「面向大眾的神經技術」的科學發展史。早在上世紀30年代，自德國精神病學家Hans Berger發現腦電圖後，科學家們就開始思考這些電波代表的意義。此後，人們做了多方面的嘗試。比如，在腦電圖的監測下，讓受試者想象字母，拼寫成句，甚至直接想象句子，讓計算機解碼，使患者直接通過「意念」與外界交流……這些在過去的「科幻」，如今正在逐步變為現實。

▷圖註：Gerwin Schalk教授介紹通過應用神經技術解碼人類語言的研究

Schalk教授也談到了神經技術的現狀。目前，侵入性神經技術（如腦深部電極）在臨床主要應用於帕金森病和癲癇的治療，它們精確、有效，卻也面臨着監管體系、價格昂貴、原理有待闡明等問題。相比之下，非侵入性的技術（如多導睡眠監測系統等）更易獲得批准，但精確性卻欠佳。

「這就像在一個體育場外面放一個話筒，你很難聽到場館內的聲音。但如果我們在這個體育場外面放滿了話筒，就可以收集到更多的信息，這就是我們現在在做的事情。」 Gerwin 教授形象地解釋道。

另外，他指出，雖然百年來神經技術應用已得到了飛速發展，但真正適用於病患和大眾的成功案例甚少，從實驗室研究到最終應用之間還有很長的路要走，需要多學科的融合和共建，如硬件、軟件、算法等等。Schalk教授介紹了自己團隊開發的腦機接口研究系統。傳統的電刺激檢測腦功能區域可能需要好幾個小時，但他們開發的系統只需要數分鐘。如今，這套系統已經在世界範圍內得到了廣泛應用，將在腦機接口研究中發揮更強大的作用，Schalk教授也希望能在天橋腦科學研究院（TCCI）繼續研究適合中國大規模人群腦機接口技術，例如針對漢語言的作用腦區作深入研究。

最後，他總結到，腦機接口技術將造福人類，在此領域的進一步深入探索能讓我們以全新的維度認識大腦；但同時我們也面臨很多困難，科學界必須做出持續的、系統性的努力，向着解決實際問題的方向出發，而不是僅僅停留在漂亮的概念與設計上。他認為，這個領域的進展日新月異，幾年前看上去天方夜譚的事，或許如今看來稀鬆平常，所以，未來一定是激動人心的。

▷圖註：洪波教授介紹元腦的概念和元腦動態系統的構成

據洪波教授介紹，元腦的構想是利用腦機接口技術建立大腦的動態數字模型，來幫助提升理解大腦的功能運作，重現生理、病理過程，最終達到應用目的。在疾病狀態下，生物學大腦會產生一系列變化，如果能建立一個與之相對應的數字大腦，還原疾病的動態發展演變過程，或許就能幫助我們更好地明白其機制、準確預判並開發出更精準的治療方案。

當今時代給元腦研究帶來了前所未有的機遇：神經影像學、腦電生理和計算機技術的發展，無一不在助陣元腦研究的深入。洪波教授介紹了及許多科學家在腦數字重建上做過的工作，如靜態元腦、動態激發元腦，乃至於動態的癲癇大腦。在演講最後，他提出了兩個追問設想：在較近的未來，是否能夠真正模擬出一個疾病數字大腦？而在較遠的未來，是否我們每一個人都能擁有大腦的數字孿生體？

承接着教授的追問，天橋腦科學研究院蘇格拉底實驗室社區追問觀察員耿海洋博士向洪教授提出了一個饒有興味的問題：

腦機接口技術的應用是否將帶來倫理學方面的風險？

對於這個問題，洪教授認為，在目前，腦機接口系統還處於研究階段，所有的研究都必須通過受試者的知情同意，所以暫時倫理學風險是較小的；但是在未來，如果腦機接口技術得到了大規模應用，一旦人的大腦或意識，能被潛伏、探測甚至遠程侵入，那將可能造成嚴重的社會擔憂。或許在將來，我們應從基因編輯的倫理學風險中借鑑一些針對腦機接口技術應用的倫理處理方法。

「目前全世界有20%的人經受着神經系統紊亂的影響，其中一半和心理健康相關，影響近10億人。對此，目前主要的治療方式是藥物治療和心理治療，心理治療師供不應求，患者往往需要治療很長時間才能產生效果。對此，腦機接口有無窮潛力，可以在心理健康的治療中扮演更多、更重要的角色。」

荷蘭烏得勒支大學醫學中心Nick Ramsey教授介紹了應用於臨床的腦機接口技術。他首先向大家介紹了臨床上的閉鎖綜合徵。它可以發生在運動神經元病、卒中、肌萎縮側索硬化症等疾病晚期，患者意識清醒，但全身只有眼皮可以活動，難以和外界交流也非常痛苦。為了提升這類患者的生存質量，Ramsey教授的團隊開展了多年研究：為閉鎖綜合徵患者創建能幫助他們獨立自主與外界交流的家用腦機接口設備。此前，他們已經為一位58歲的晚期閉鎖綜合徵患者應用了這一系統，通過解碼軟件算法和患者反覆練習，每分鐘能夠輸入約兩個字母，準確率接近90%。相關病例於2016年發表在《新英格蘭醫學雜誌》上。如今6年多過去了，這位患者依舊在使用這個設備，每日使用時間可達20小時，這已經成為了患者與外界溝通的唯一渠道。

▷圖註：Nick Ramsey教授介紹從腦機接口技術中獲益的閉鎖綜合徵患者案例

此外，Ramsey教授還介紹了其他幾種能幫助患者與外界直接交流的技術研究進展，比如，通過檢測人類發聲器官（如咽喉、下頜、舌等的運動）來解碼語言；通過腦機接口直接解碼患者想要表達的語句，並呈現在屏幕上。演講最後，他也提出了自己的展望：腦機接口技術能改變普通人的生活嗎？健康人會願意植入侵入性腦機接口嗎？非侵入性腦機接口的發展空間到底有多大？相信在不久的未來，這些問題很快將會得到答案。

「將腦機接口和神經調節技術相融合，不僅能幫助我們發現腦震盪、腦功能和行為之間的重要聯繫，也能極大改善使用者的運動功能，是一種非常有效的臨床康復工具。」

柏林大學醫學中心的Surjo Soekadar教授介紹了用於運動康復的腦機接口技術。據Surjo教授介紹，其團隊研製的非侵入性腦機接口+外骨骼的搭配應用，可以通過解碼大腦的運動指令並定向施加刺激，使嚴重脊髓損傷導致運動障礙的病人重拾一些功能，完成抓取、吃飯、喝水等一系列日常活動。令人振奮的是，他在演講中向與會者展示了運動障礙病人們通過這項技術得以完成部分的生活自理工作，同時也維護了人的尊嚴。雖然目前侵入式腦機接口技術仍存在感染、出血、未經永久使用許可、需要手術及價格昂貴等諸多挑戰，他認為，腦機接口+外骨骼在臨床上將有廣闊的應用前景，能夠大幅改善患者的生活質量，今後也需要更多臨床試驗來研究。

▷圖註：Surjo教授向與會者展示運動障礙者在接受腦機接口技術應用後恢復活動的案例

當談到腦機接口技術的未來發展時，Surjo教授認為目前的腦機接口還局限在感官反饋和大腦活動的閉環系統內，還暫時只能實現腦功能性和結構性的重建。那麼，第二代腦機接口技術應將能做到把工作記憶、情感調節和運動-感覺互動整合到系統中去，達到適應性的腦功能刺激，實現對腦功能的穩定與提升（見下圖）。他提出，探測精神活動方面的標記物是非常有挑戰的，並且有着巨大的個體差異性，而腦電圖頻率範圍很大，又容易受到很多干擾，所以使用腦電圖來探測精神心理信號正是未來技術迭代升級的重要突破口。在這方面，他提出了一些解決辦法，比如使用量子傳感器來探測信號。他指出，在調節運動之外，他們團隊的腦機接口技術研究正在朝着重建精神健康的方向進發。

▷圖註：Surjo教授談下一代腦機接口技術突破的展望

新加坡南洋理工大學計算機科學與工程學院關存太教授介紹了用於功能增強或恢復的非侵入性腦機接口相關研究。

他談到，腦機接口可用於功能恢復的理論基礎是神經可塑性（Neuroplasticity）。大腦在受到損傷之後，能夠持續不斷地重塑神經元之間的連接，這被稱為神經可塑性。而神經系統疾病的康復即是通過有目的地刺激大腦從而達到部分功能的恢復。在演講中，關教授介紹了使用腦機接口技術對卒中患者進行有目的性的運動康復訓練的方式，也提出除了運動康復以外，腦機接口甚至還可以用於幫助卒中後病人進行精神心理方面的康復。關教授及其團隊的研究表明，基於深度學習等算法的新型非侵入腦機接口技術，可以使得卒中患者的理解準確率，從傳統腦機接口技術的68.6%上升到近90%。

▷圖註：關存太教授介紹基於深度學習等算法的新型非侵入腦機接口技術研究結果

另外，關教授團隊也在研究腦機接口康復技術在兒童多動症、老年人認知功能下降、社交焦慮及廣泛焦慮方面做了許多相關研究。研究顯示，通過腦機接口技術，受試者能夠在完成指定任務中得到實時反饋，從而通過多次量化的反饋與訓練達到改善注意力，強化認知，緩解焦慮等目的。

長達4個多小時的探討很快接近尾聲，大家仍舊覺得意猶未盡。可以說，這是一次將「腦機接口黑科技」從前沿實驗室裡帶出來、並充分展示在普羅大眾面前的盛會，它給了我們一個望向未來的絕佳機會。腦機接口在未來還有怎樣的前景？離真正使大規模的患者受益還有多遠？又是否真的能「飛入尋常百姓家」？讓我們拭目以待。

掃描以下二維碼加入蘇格拉底實驗室

觀看本次會議的回放並留下你的追問！