·腦機接口并非包治百病的神器,也遠未到能讓人類“賽博飛升”的效果。但在康復中心里,這項由腦科學與AI共同驅動的技術正為很多患者帶來實實在在的希望。
音樂會上,當上一支樂隊激情獻唱之后,幾名頭戴著蜘蛛網般“神秘設備”的志愿者悄然登上了舞臺。當觀眾還在好奇節目內容的時候,大屏幕上赫然出現了代表幾人大腦活動情況的圖像。隨即,或歡欣、或平靜的不同音樂片段響起,這些圖像也隨之發生變化。
舞臺上的工作人員向觀眾解釋道,這些志愿者佩戴的是腦機接口設備,能夠通過帽子上的多個電極記錄大腦活動產生的電信號,從而繪制出反映不同腦區活躍情況的圖像。當佩戴者們聽到不同音樂時,他們的大腦活動發生改變,而這些數據能夠幫助科學家更好地研究和干預抑郁癥、失眠乃至阿爾茨海默病。
在這些圖像中,紅色代表腦區活躍,而藍色代表平靜,每位志愿者的分布大不相同。當音樂從《泰坦尼克號》切換到《西游記》時,他們的腦圖發生了一些肉眼難辨規律的變化。“根本就沒變嘛。”一位在場觀眾疑惑地說。
這是近日在上海交通大學機械與動力工程學院校友音樂會上發生的一幕。生產這些腦機接口設備的公司、上海念通智能的創始人束小康告訴澎湃科技,每個人的腦電圖差別很大,而音樂刺激與大腦活動的關系究竟是怎么樣的,還要對數據進行離線分析才能知道。即便如此,他認為腦機接口用這種形式“亮相”仍然很有意義,能夠向公眾展示其應用前景。
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音樂會上,佩戴腦機接口設備的志愿者們正在等待登臺。圖片由受訪者提供
應用的局限
這次演示背后的原理是“音樂治療”,即通過音樂刺激來改變大腦活動以達到治療目的。例如,近期一項國內研究指出,多人共同聆聽音樂時,大腦活動呈現高度同步,彼此間會更加親密,或可據此為感到孤獨的人設計治療場景。
無論是研究這些腦部規律,還是根據具體患者的情況進行干預,都需要收集大腦活動的數據——這是腦機接口的主要功能之一。在一個理想的應用場景中,腦機接口可以根據佩戴者大腦活動的情況,自動播放音樂,比如在睡不著的時候播放催眠音樂,在難過的時候播放令人開心的音樂,當然最終要有切實的效果。
盡管這聽起來充滿想象空間,但束小康坦言,這次活動只是一種概念演示,這樣的產品還要寄希望于我們的神經科學家和腦機接口企業共同研究和開發。
“我們公司其實主要做的是神經康復的腦機接口,就是給那些中風引起的偏癱患者用腦機接口去訓練,來恢復肢體功能。”束小康說。
他表示,腦機接口的最大特點在于大腦與機器“實時雙向互動”。國家藥監局在今年9月份發布了中國第一份腦機接口國家標準,明確定義了什么是腦機接口:從中樞神經系統(大腦或脊髓)采集信號,要有實時的雙向互動,即能看到大腦的變化,并對這個變化做出反應,最終要達到治療、診斷或增強功能。“如果沒有這些功能,只是采集腦電信號,它也不叫腦機接口。”
從這個角度來看,腦機接口領域的應用目前仍然非常有局限性,“最有可能落地的就是中風患者的肢體康復,其次是睡眠、阿爾茨海默病以及癲癇這些腦疾病。”
在束小康看來,無論是信號更清晰、需要開顱植入大腦的侵入式腦機接口還是腦電帽等非侵入式腦機接口,需要克服的根本性難題在于大腦的復雜性。他舉例道,在目前最成熟的運動想象腦機接口技術中,即便有人工智能算法的加持,也僅能識別大腦的“二分類”指令,例如“抓”與“放”。
“但凡加一個動作類別,它的準確度基本上就會從百分之八十掉到百分之五六十。”他說,“人工智能的計算邏輯跟大腦的計算邏輯完全不一樣,我們很難把里面的運行規律找到。”
泡沫毋庸置疑?
即便應用場景有限,腦機接口無疑是當下最炙手可熱的科技賽道之一。國家“十五五”規劃建議等政策文件中明確提及它的重要地位,大量資本涌入,媒體關注度激增、創業企業扎堆出現。
“存在很大的泡沫,這是毋庸置疑的。”束小康說。泡沫的第一個表現是預期過高。普通公眾對腦機接口的想象往往停留在科幻電影的層面——用意念控制機器人、穿上外骨骼重新行走、甚至把知識直接灌進大腦。
“有人會問我,小孩子不愿意學習,是不是可以直接把知識灌進去。”束小康說,“這些想象很美好,但是太夸張了,做不到的。”一些企業和媒體也樂于放大這些想象。他們在宣傳腦機接口的控制功能時往往夸大其詞,宣傳某款設備能讓患者“用意念玩游戲”或“控制機器人”,技術確實可行,但往往忽視了最核心的問題:這些應用的實際醫學價值有多大?
相比于能夠通過其他技術手段更容易實現的控制應用,目前腦機接口技術在神經損傷患者的康復訓練等醫療場景或許有著更大的作用。“對于康復來說有很重要的意義,因為腦機接口實現的是大腦跟外周神經的閉環調控,通過這種閉環調控可以帶來神經功能重塑。”束小康說。
許多企業正在探索使用腦機接口治療抑郁癥、焦慮癥等心理疾病,但挑戰在于背后的腦科學依據實際上還不清楚。束小康認為,這樣的產品要成功落地,首先還需要加深對疾病背后科學規律的認知。
泡沫的第二個表現是資本的錯配。在需要開顱植入的侵入式和佩戴外部腦電設備的非侵入式兩條技術路線中,大量資本涌向了前者,因為侵入式的指標更高、控制更精準。但問題在于,侵入式需要開顱手術,每次臨床試驗投入可能達到數千萬,而其適應癥和治療效果可能還不明確。
相比之下,“非侵入式腦機接口跑得太慢。”束小康認為這是一種不健康的發展模式,“侵入式腦機接口確實可以做到更高的控制精度,但是非侵入式腦機接口可以在有限的控制精度下達到更廣泛的應用效果。”
而在監管層面,“現在國家基本上就是把侵入式跟非侵入式的腦機接口同時作為三類醫療器械監管,導致非侵入式的(審批)也變得很難。”
下一個重大突破的方向
在束小康看來,腦機接口的下一個重大突破可能來自兩個方向:人工智能算法的升級和腦科學本身的進展。
腦機接口不是一個新概念,但其近年來的飛速發展則得益于人工智能算法的發展,讓復雜的大腦信號模式能夠被更好的識別。然而,束小康表示,目前腦機接口采用的都是高校研究已久的成熟算法,企業的創新空間有限。“其實到企業說實話不可能非常創新了,模型都已經研究得大差不差,算法方面的提升可能有限。”
更關鍵的制約來自腦科學本身。束小康強調,“腦科學的發展本身肯定是腦機接口的一個上限的瓶頸。”換句話說,腦機接口無法做出我們未能理解的事情。如果我們不清楚音樂如何治療失眠、何時應該給什么刺激能改善睡眠結構,再先進的設備也無法回答這個問題。
束小康認為,腦科學研究呼喚更加高效的腦機接口算法和設備,而腦機接口的研究和應用本身也會反過來促進腦科學的發展。許多醫生與科學家在接觸腦機接口產品和研究后,對大腦有了更全面的認知,這可能會改變他們對患者診斷和治療的理解。
束小康對腦機接口的近期前景做出了相對保守但具體的預判:“未來3到5年,神經康復是腦機接口技術的主要落地場景之一。”
在這個場景中,癱瘓的病人可以通過腦機接口來控制氣動手套等設備,來完成抓握等動作。其目的并非通過這些設備進行日常生活,而是在這種訓練中引導大腦重建對肢體的控制能力。
雖然神經的這種“可塑性”能力仍然存在很多科學謎團,實際治療效果也往往因人而異,但總體而言腦機接口療法已經顯示出不錯的效果。束小康透露,念通智能的產品已經完成了數百例針對中風偏癱患者的多中心臨床研究,結果顯示,在傳統康復手段50%左右有效率的基礎上,結合腦機接口技術后,整體有效率能提升到接近90%。
“有些中風患者,治療了不到20天,手腳都能動了。后來其中還有一位患者跑了半馬,這讓醫生都很驚訝。”他說。
音樂會上的實時腦圖演示,或許只是滿足觀眾好奇的“演出效果”和對科研工作者的一種啟發。腦機接口并非包治百病的神器,也遠未到能讓人類“賽博飛升”的效果。但在康復中心里,這項由腦科學與AI共同驅動的技術正為很多患者帶來實實在在的希望。當觀眾看到那些跳躍的彩色圖像是大腦在音樂刺激下的活動縮影時,關于“腦機接口到底能干什么”的討論也已經從科幻的想象落到了真實的場景中。





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