2025年2月29日，墨子沙龍邀請中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會腦機接口與交互分會創(chuàng)始主委、中國科協(xié)腦機接口產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖負責(zé)人陶虎教授來到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院做主題演講，分享他關(guān)于如何讓大腦連接未來的獨到見解。此外，本次活動還特別邀請了中國科大量子信息科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜倚祜w虎教授，與主講嘉賓進行量子與腦機接口的觀點碰撞。本文根據(jù)該直播內(nèi)容整理而成。

腦機接口（BCI）已從曾經(jīng)的科學(xué)幻想和前沿探索，逐步演變?yōu)橐豁椌哂猩钸h潛力的技術(shù)革新。從早期的基礎(chǔ)研究，到如今在醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的初步應(yīng)用，腦機接口正以其獨特的魅力，吸引著全球科研人員和產(chǎn)業(yè)界的目光。它的影響力不僅局限于實驗室，更在悄然改變著我們對人類大腦與機器交互的認知。腦機接口技術(shù)的迅猛發(fā)展，用“突飛猛進”來形容毫不為過。

可以說，腦機接口是近年來最具顛覆性的一種技術(shù)方向。在此，我將先從技術(shù)與意義層面剖析腦機接口，再探討其如何逐步滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域。如今，腦機接口在醫(yī)療康復(fù)、智能增強等方面的應(yīng)用已初露鋒芒，前景無限廣闊，但與此同時，它所面臨的挑戰(zhàn)與倫理問題亦不容忽視。最后，我將深入探討腦機接口在發(fā)展過程中可能遇到的技術(shù)瓶頸、倫理困境以及對腦機接口未來發(fā)展的美好展望。

腦機接口

學(xué)科交叉與科學(xué)大計劃

今天我想和大家聊聊腦機接口這一前沿話題。我的研究方向較為跨學(xué)科，集中在傳感器領(lǐng)域，涉及人工智能、傳感器制造、醫(yī)療器械、生物材料等多個方面。如今，國際上的研究，包括國內(nèi)研究，正慢慢收斂成兩個科研范式。一是向極端方向發(fā)展，比如深空、深海探索，制造更大口徑的望遠鏡、更高分辨率的顯微鏡；二是學(xué)科交叉，這其中蘊含著諸多新機會。

腦機接口便是學(xué)科交叉的典型例子，也是我自己的科研領(lǐng)域之一。我的科研領(lǐng)域是生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉。今天，我著重講講腦機接口。為何大家對腦機接口如此感興趣？我想，最根本的原因是我們對大腦充滿好奇。大腦，作為人類最優(yōu)越、最重要的器官，在人類進化歷程中選擇了向更高級、更復(fù)雜、更先進的方式進化。我們成人大腦里有近1000億個神經(jīng)元，它們相互連接，組成了一個龐大而復(fù)雜的計算網(wǎng)絡(luò)，讓我們能夠?qū)W習(xí)、交流、創(chuàng)作，擁有藝術(shù)、文化和音樂。

回顧過去一個世紀，全球科學(xué)大計劃層出不窮，從上世紀40年代的曼哈頓計劃，到60年代的登月計劃，再到80年代的人類基因組計劃，以及本世紀約10年前啟動的人類腦計劃。這些大計劃能夠成功，關(guān)鍵在于核心工具的開發(fā)與驗證。腦機接口作為人類腦計劃中的核心工具，它搭建起了大腦與外界設(shè)備、世界直接連接的通道，對我們認識腦、理解腦、修復(fù)腦乃至增強腦都具有重要意義。

在當今這個時代，腦計劃或腦機接口無疑是一項極具挑戰(zhàn)性的“超級工程”。它不僅復(fù)雜程度高，而且我們對該領(lǐng)域的未知程度也很深。未來我們需要依靠在各學(xué)科不同方向的共同努力，共同推進這個“超級工程”。

意義所在

腦機接口面臨的首要任務(wù)，就是重大腦疾病的診治。咱們都知道，人這一生，難免會遇到些精神或神經(jīng)方面的疾病，像癲癇、漸凍癥、高位截癱，還有成癮、抑郁、癡呆等等。這些病為啥會出現(xiàn)？歸根結(jié)底，是大腦出了問題。大腦的工作原理基于電信號，正常情況下，大腦以固定且復(fù)雜的方式放電，可一旦放電異常，就會引發(fā)各種疾病。

腦機接口就像一個神奇的工具，它能直接把傳感器或電極插入大腦，查看哪里異常放電，進行診斷，還能施加信號進行調(diào)制，讓大腦恢復(fù)正常放電。在臨床上，我們針對一些病癥做了嘗試，發(fā)現(xiàn)效果很不錯。我認為，如果腦機接口能在其他方法都束手無策的情況下，對絕癥患者起到幫助，那第一階段的目標就算達到了。這類患者群體非常龐大，像漸凍癥患者全球有70多萬，高位截癱患者大概有七百到一千萬，還有抑郁、成癮等患者，數(shù)量更是難以估量。

不過，我堅信腦機接口的意義遠不止于此。我一直在思考，正常人怎么能從腦機接口技術(shù)中獲益？從進化角度看，人類在過去十幾萬年里，把進化天賦大多用在了大腦上，五官和四肢基本沒怎么進化。相比之下，我們的身體機能根本配不上如此發(fā)達的大腦，沒有充分發(fā)揮出大腦的潛能。

咱們換個角度看，這個世界上有不少動物，視力、體力、耐力、力量等都比我們強。即便是一個健康的正常人，眼睛也有局限，看不到微光、紫外、紅外。但我們做傳感器的，能做出各種紅外、紫外傳感器，還能利用遙感信息。要是通過硅基技術(shù)的發(fā)展，把這些人類看不到的信號獲取到，繞過我們并不發(fā)達的視覺系統(tǒng)，插入到視覺皮層，我們就能擁有超視覺。同理，我們還能擁有超聽覺等。

從數(shù)量上看，人類只有兩只眼睛，而且距離固定。但借助現(xiàn)在的技術(shù)，我們可以做出類似果蠅復(fù)眼的結(jié)構(gòu)，增加眼睛數(shù)量，還能動態(tài)控制眼睛之間的距離，進行三維測距等。運動方面也是一樣，人類只有兩只手、兩只腳，但借助機器人技術(shù)，我們可以擁有更多肢體，甚至實現(xiàn)遙感和遙控。

還有一個重要維度，縱觀人類科技發(fā)展史，信息傳播、處理和存儲的效率與科技發(fā)展速度、效率直接相關(guān)。從古代的甲骨文到書信、電報、電話，再到現(xiàn)在的微信、視頻，信息傳播效率飛速提升。我們用手機輸入文字，一分鐘大概三四十個字，而說話速度一分鐘大概200個字，大腦處理信息的速度更快。有研究表明，人速讀的速度一分鐘能達到兩三千個字，比說話快一個數(shù)量級，比手機輸入快兩個數(shù)量級。腦機接口的速度只會更快，如果能突破手指輸入、口舌控制的機械限制，數(shù)據(jù)的輸入和傳輸速度將大幅提高，這對其他科技的發(fā)展也至關(guān)重要。

我創(chuàng)辦了一家侵入式腦機接口公司——腦虎科技，我們公司有個目標，就是把病人變成正常人，把正常人變成超人。目前我們正處于第一階段，致力于讓病人恢復(fù)正常。

發(fā)展與展望

腦機接口，按使用場景分，主要有兩類：侵入式和非侵入式。侵入式呢，就是要開刀，把電極放到大腦里或大腦表面；非侵入式就簡單多了，不用開刀，直接戴頭上就行。

這兩類各有優(yōu)缺點。侵入式因為離大腦近，信號質(zhì)量高，調(diào)控精度也強，但對大腦損傷也大，不管是手術(shù)時的急性損傷，還是長期留存的在體損傷。所以，怎么在這兩者之間找到平衡，就得看具體應(yīng)用場景了。我主要做侵入式的，就是要打開顱骨，把東西插進去，發(fā)揮技術(shù)的極限。

腦機接口這個領(lǐng)域，從70年代美國人就開始做了，最近一二十年進展挺大。現(xiàn)在的趨勢，一是從運動控制到語言解碼。運動控制相對簡單，比如用大腦控制機械手、輪椅等，這個我們早就實現(xiàn)了。但語言就復(fù)雜多了，因為語言涉及的神經(jīng)編解碼機制更復(fù)雜，涉及的腦區(qū)也更多，而且不同人的語言還有差異。不過，這也是現(xiàn)在臨床發(fā)展的趨勢，因為語言功能障礙的病人太多了。

腦機接口發(fā)展的一個趨勢，是從低通量到高通量。我們大腦有近1000億個神經(jīng)元，現(xiàn)在臨床上最多只能同時采集1000個通道的信號，差距巨大。所以，怎么提高信號采集的通量和效率，是未來的一個重要方向。

還有一個趨勢，是從單腦區(qū)到多腦區(qū)。大腦做任何事，都是多個腦區(qū)協(xié)同工作的。所以，覆蓋多個腦區(qū)進行信號采集和調(diào)控，解析的精度和效率會更高。但調(diào)控的話，不一定非要覆蓋整個腦區(qū)，就像城市交通，采集信號需要每個點都有攝像頭，但調(diào)控交通只需要在主要干道上設(shè)置交通燈就行。

說到國內(nèi)腦機接口的發(fā)展，最開始我們完全是模仿美國的，后來用美國的器件、自己的范式，到現(xiàn)在用自己的器件和范式，這條路走得挺辛苦。但值得驕傲的是，在腦機接口這個領(lǐng)域，國內(nèi)跟美國基本沒有代差，甚至在某些方面還更好。

全球范圍內(nèi)，很多國家都在布局腦機接口。美國、歐洲、日本、韓國等都啟動了相關(guān)計劃。歐洲想模擬大腦，但連老鼠腦袋都模擬不出來；日本韓國主要針對腦疾病；美國則從核心器件、工具、裝備入手，比較成功。中國2021年啟動了腦計劃，叫“一體兩翼”，就是認識腦、保護腦和模擬腦。今年會啟動中國腦計劃2.0版本，腦機接口的比例會大幅提高。

最近十年，腦機接口發(fā)展突飛猛進，相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起了很大作用。比如微納傳感器、微電子、醫(yī)療器械、芯片技術(shù)、材料科學(xué)、算法和神經(jīng)科學(xué)等。特別是AI和大模型的介入，對處理腦機接口的海量數(shù)據(jù)有很大幫助。

最后，我想說，中國腦機接口領(lǐng)域缺的是系統(tǒng)工程師。我們有很多基礎(chǔ)科研人員和企業(yè)類工程師，但缺乏能把復(fù)雜產(chǎn)品通過系統(tǒng)工程方式做起來的戰(zhàn)略工程學(xué)家。馬斯克（E. Musk）就是一個很好的例子，他雖然不是博士，但他是很好的系統(tǒng)工程師，能把特斯拉(Tesla)、SpaceX、腦機接口等復(fù)雜產(chǎn)品做起來。所以，我也呼吁有條件的學(xué)校專門開設(shè)腦機接口的系統(tǒng)工程專業(yè)，培養(yǎng)更多的系統(tǒng)工程師。這個市場潛力巨大，幾千億美金都有可能，就看我們技術(shù)能不能跟得上了。

腦機接口面臨的挑戰(zhàn)

技術(shù)挑戰(zhàn)

腦機接口的難度，首先體現(xiàn)在它的多學(xué)科交叉性。它涉及微電子、神經(jīng)科學(xué)、材料科學(xué)、機器人技術(shù)，甚至臨床醫(yī)學(xué)和心理學(xué)。在我的團隊里，這些領(lǐng)域的專業(yè)人才都有，我們還特意從三甲醫(yī)院請來醫(yī)生參與研發(fā)。

另一個難點在于它的復(fù)雜性。從大腦提取信號的電極、處理信號的芯片、分析信號的算法，到無線傳輸?shù)奶炀€，整個系統(tǒng)需要封裝在一個極小的空間里，植入大腦。這不僅要考慮生物安全性、功耗，還要解決發(fā)熱問題。

我們力求在最大限度利用腦機接口幫助大腦的同時，將對大腦的損傷降到最低。這一切都由應(yīng)用場景決定。比如，幫助手部不能動的殘疾人，我們需要在其運動區(qū)植入電極，采集信號，通過算法解析運動意圖，再傳輸?shù)酵饨绲臋C械手或機械臂執(zhí)行。但這只是開始，要形成完整的運動功能重建，還需要在機械手上安裝傳感器，將感覺信號編碼后傳回大腦，形成一個閉環(huán)。

我們做的不僅是腦接口，更是腦機接口的接口。芯片、電極、算法、植入機器人，每一樣都要匹配。而且，作為醫(yī)療產(chǎn)品，我們花了大量時間驗證其安全性，特別是長期安全性。這也是為什么我們在實驗室里五年前就做好的東西，直到前兩年才拿到臨床倫理批件，開始在人的大腦上進行試驗。

腦機接口領(lǐng)域，尤其是植入式設(shè)備，對安全性、長期在體的要求極高。我們選了一個最難的領(lǐng)域，但好在堅持下來了。現(xiàn)在，我們可以合法合規(guī)地采集人類大腦數(shù)據(jù)，進行算法迭代。當前面臨的核心問題有三個：如何安全高效地獲得高質(zhì)量信號？如何理解神經(jīng)編碼？以及如何利用AI和大模型等先進技術(shù)，更好地解析大腦信號。

倫理挑戰(zhàn)

在腦機接口領(lǐng)域，除了技術(shù)挑戰(zhàn)，我們還面臨著諸多法律規(guī)范與倫理道德的問題。比如時不時就有人找到我，懷疑自己被人植入了腦機接口器件。這反映出民眾對腦機接口的能力和發(fā)展存在諸多不清楚的地方。

從倫理角度來看，我們必須對腦機接口進行規(guī)范。我想坦誠地告訴大家，雖然腦機接口前景廣闊，但目前它還沒有那么完美，所以大家不必過于擔(dān)心。

我們科研團隊在推進產(chǎn)業(yè)化的同時，已經(jīng)形成了完整的研發(fā)矩陣，涵蓋了電極、芯片、植入體、手術(shù)機器人等多個環(huán)節(jié)。我很歡迎大家來我們公司以及整個研發(fā)基地參觀。在那里，你可以看到許多帶著腦機接口的動物在奔跑、采集信號。不過，出于倫理考慮，我們不會展示人腦機接口的相關(guān)內(nèi)容，因為那可能會讓大家對腦機接口產(chǎn)生不必要的擔(dān)憂。

此外，我們的算法云平臺上，有許多動物，如兔子、狗、猴子等，都帶著腦機接口進行科研實驗。同時，我們也有相應(yīng)的病人招募計劃，用于臨床診斷和研究。目前，我們已經(jīng)與近百家高校、科研院所展開了合作。

面對腦機接口帶來的倫理道德挑戰(zhàn)，我們需要更加謹慎和審慎。在推進科研和產(chǎn)業(yè)化的同時，我們必須時刻牢記倫理原則，確保腦機接口技術(shù)的發(fā)展符合人類的利益和價值觀。

未來愿景

談及腦機接口的未來愿景，醫(yī)療領(lǐng)域無疑是我們當前的主要發(fā)力點，但工業(yè)與機器人的互動同樣不容忽視。馬斯克推出擎天柱機器人，正是希望將其與腦機接口技術(shù)相結(jié)合。當然，消費和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用暫且不論，我們目前專注于AI與腦機接口的融合，致力于打造一整套腦機操作系統(tǒng)。想象一下，未來這個系統(tǒng)就像手機APP一樣，可以接入小紅書、B站等各種應(yīng)用，實現(xiàn)多功能的交互與拓展。

目前，我們已經(jīng)在科研市場推廣方面取得了顯著成果。國內(nèi)頂級的神經(jīng)科學(xué)課題組以及三甲醫(yī)院都在使用我們的產(chǎn)品進行科學(xué)研究與臨床研究。這標志著腦機接口技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛認可。

關(guān)于腦機接口的未來，我們設(shè)定了兩個重要里程碑。第一個里程碑是攻克重大腦疾病。當其他治療方法束手無策時，腦機接口能夠成為有效的治療手段。第二個里程碑是賦予正常人前所未有的能力，而且這一過程不應(yīng)付出巨大代價，就像我三年前接受的近視眼手術(shù)一樣。我選擇人工晶體植入，因為它創(chuàng)口小，且未來度數(shù)變化時還可以更換。這種手術(shù)方式的革新，正是我們希望腦機接口技術(shù)所能帶來的變革。

我們期望腦機接口技術(shù)能像近視眼手術(shù)或醫(yī)療整形一樣，以微小的創(chuàng)口和極低的危害性，帶來巨大的效果提升。無論是學(xué)習(xí)、交流、執(zhí)行還是控制，腦機接口都能讓我們做得更好。盡管人類大腦是宇宙中最復(fù)雜的事物，我們所從事的工作也充滿挑戰(zhàn)，但我們堅信，通過不懈努力，腦機接口技術(shù)必將開創(chuàng)一個全新的未來。