|
來源: 澎湃新聞 “腦機接口之父”米格爾·尼科萊利斯（Miguel Nicolelis）宣布加入中國非侵入式腦機接口公司BrainCo（強腦科技）任首席科學顧問。米格爾·尼科萊利斯（Miguel Nicolelis）是腦機接口領域的學術奠基人，法國科學院和巴西科學院院士，曾被《科學美國人》評為全球最具影響力的20位科學家之一。 作為腦機接口領域的開創者，尼科萊利斯培養了數百位腦機接口領域的專家，其中也包括了伊隆·馬斯克（Elon Musk）的Neuralink腦機接口公司的聯合創始人，前CEO馬克斯·霍達克(Max Hodak)。 尼科萊利斯是在近日舉行的“腦機時代在中國”高峰論壇上宣布這一決定的。 腦機接口，即大腦與機器相連的接口，它在大腦與外部設備之間建立了一個能夠直接傳送信號的通路，從而實現腦與設備的信息交換。腦機接口技術是人工智能的下一代技術，是人工智能和人類智能相結合的融合智能。 談到為何在學術界研究了40年后離開，尼科萊利斯說道，“幾年前，世界衛生組織提到世界上七分之一的人都患有某種類型的腦部疾病。那時，我和我所在大學的管理者說，我有一個宏大的愿景，想把腦機接口帶到整個世界，治療十億人，這也基本上就是全球全部的患有某種腦部疾病的人數。然而令我驚訝的是，我的團隊告訴我，對學術界來說，這個愿景太大了，對一個大學來說，這個愿景也太大了。那時候，我知道我的學術生涯可能已經結束了。” “因為如果我不能在大學里做我想做的事，我必須另外找個辦法達成我的夢想，”米格爾繼續說道。于是今年七月，尼科萊利斯決定成為杜克大學的名譽教授，離開學術界真正去實踐“我的想法，我的計劃，我的夢想，把腦機接口帶到全世界，并嘗試制造神經義體設備”。 尼科萊利斯自信地說，“從現在起，我人生的格言就是這個了：治療十億人。” 而正在尼科萊利斯決定離開學術界時，BrainCo強腦科技（下稱“BrainCo”）創始人兼CEO韓璧丞聯系到他并希望其成為BrainCo的首席科學顧問，于是就有了之后的故事。 說到當時的決定，尼科萊利斯說道，“讓我高興和驚訝的是，我發現我和BrainCo有著相同的愿景、共同的夢想——實現治療十億人的共同目標。這就是為什么我接受邀請成為該公司首席科學顧問的原因。” 韓璧丞在“腦機時代在中國”高峰論壇上也說到這一段，“米格爾教授的加入，將對BrainCo的技術視野產生強大的推動力，BrainCo也會隨著和教授的深度合作，在康復、睡眠、教育等諸多領域探索腦機接口的應用落地，幫助更多人開啟生命的可能性。” BrainCo創立于2015年，創始團隊是首家入選哈佛大學創新實驗室（Harvard Innovation Lab）的華人團隊，致力于成為全球領先的非侵入式腦機接口技術解決方案供應商。 目前，根據腦電信號的獲取方式，腦機接口技術主要可分為“侵入式”和“非侵入式”兩種，分別對應不同的使用場景。埃隆·馬斯克投資的Neuralink是侵入式的代表，優點在于可以精準監測腦信號，多用于幫助基本喪失能力的患者實現義肢器械操作，缺點是開顱手術風險大，適用面小。 非侵入式腦機接口的優點則在于只需要通過相關設備對大腦皮層的表面信號進行分析，能夠直接進行采集和處理信號，不需要外科手術的介入，更易被應用于能實時監測腦電波狀態的可穿戴設備中，實現輔助功能，并投入到教育等消費級領域。 韓璧丞介紹，到目前為止，全世界真正下決心做腦機接口并且募資超過2億美金以上的企業，一家是尼科萊利斯教授的學生馬克斯·霍達克（Max Hodak）任聯合創始人的Neuralink，另一家就是BrainCo。Neuralink專注侵入式腦機接口技術，探索帕金森、重度癱瘓等疾病的治療；而BrainCo更關注非侵入式腦機接口技術的真實世界應用，聚焦在教育、醫療、大健康和人機交互產業。 “未來，BrainCo將與尼科萊利斯一起持續投入腦機接口技術底層研發，從人才和資源兩方面推動腦機接口核心技術的突破，”韓璧丞簡單介紹了接下來的合作方向。 除了尼科萊利斯宣布重磅消息之外，當天論壇上，外交部原部長李肇星，中國科學院院士、復旦大學教授、腦科學研究院學術委員會主任楊雄里，清華大學智能產業研究院院長、中國工程院外籍院士張亞勤，上海醫學會會長、上海中醫藥大學校長徐建光，中華醫學會呼吸病學分會主任委員、上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院黨委書記瞿介明，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院腦機接口及神經調控中心共同主任呂寶糧教授、孫伯民教授以及上海市政協委員、復旦大學附屬華山醫院中西醫結合科主任、復旦大學中西醫結合研究院院長董競成教授等專家學者也共同探討腦機接口技術在醫療領域的應用成果及未來前景。 楊雄里在現場談到，除了目前腦機接口科技探索的兩個方向：實現大腦指揮機器活動；或者反過來，機器的信息傳遞到大腦，訓練和幫助大腦工作之外，還應努力運用腦機接口技術探索和研究人類大腦的高級功能，比如思維、語言、情緒等，從而實現對大腦這一超復雜系統更為深入的理解，解決更多的人類面臨的現實問題。 那么非侵入式腦機接口技術當下可以做到什么程度？ 作為非侵入式腦機接口技術路線的代表性公司，BrainCo可作為了解這個領域最新進展的一個觀察點。在此次高峰論壇上，BrainCo發布了非侵入式腦機接口技術應用的三項最新成果：BrainRobotics智能仿生腿、應用于元宇宙的神經接口平臺以及與中國康復研究中心國家孤獨癥康復研究中心聯合的“孤獨癥兒童可穿戴腦電波康復系統研發”項目的臨床終期結果。 腦控智能仿生腿背后原理：肌電神經電信號采集與AI準確反應 
在論壇現場，體驗官林韻戴著BrainCo新發布的智能仿生腿與舞伴一起完成了開場舞探戈。
林韻在中考完的第三天失去了右腿，此前沒多久他以體育成績全市前三被重點高中提前錄取。那天，他看到自家的牛鉆進甘蔗地，著急跑到了本以為已廢棄的近15米高壓電塔上。然而當時高壓電塔已經通電，他全身灼傷從高處摔下失去了右腿。 此前林韻佩戴過傳統的膝關節以上的假肢，但實際上很難控制容易摔倒，走路時像是拖著機器在走，只能作為一個支撐工具完成簡單的彎曲動作。 在現場協助林韻完成這曲探戈的BrainRobotics智能仿生腿通過采集殘肢末端的肌電神經電信號，用深度學習的算法來還原殘疾人的運動意圖，根據環境和肌肉的情況進行實時步態調整，實現高仿生體驗。 現場播放的演示片中，在林韻踩在沙地上打滑快要摔倒時，他的肌肉狀態會忽然繃緊，這個時候仿生智能腿通過分析肌電信號快速識別要摔倒的狀態，即會馬上發出指令給用戶支撐，整個過程只需要0.1秒。據介紹，這與人腿走路的反應時間相一致基本察覺不到延遲，其對不同動作準確度的判斷可以達到98%。 “要實現快速且準確的判斷，BrainRobotics智能仿生腿需要在1秒內采集最大2萬個肌電神經電數據點，并識別出意圖，才能讀懂使用者意圖，”BrainCo相關負責人介紹道。 具體看背后的原理，如果在走路過程中突然彎曲膝關節想坐下，相關肌肉區域產生的肌電神經電信號的強度就會明顯增大，再結合物理傳感器收集路況行走的信息，包括角速度、動作加速度等等，通過輸入深度神經網絡進行訓練，最后就實現了0.1秒內的準確判斷。 這個技術背后是一個長達五年的故事。 2014年，韓璧丞進入哈佛腦科學中心成為一名博士生，開始搭建BrainCo的團隊。 當時，團隊中有一位來自麻省理工的實習生，因實驗室事故失去右手。韓璧丞回憶，正是這位同學提出，“不如我們做一只可以用大腦控制的手，可以像我原來自己的手一樣控制，那該多好。” 韓璧丞介紹，之前的腦機接口研究雖然做過機械臂控制研究，但采用的都是侵入式的方案，必須要在患者頭上做手術，才能夠實現對于機械臂的控制。而非侵入式的解決方案根本沒有任何的行業對標產品。 這件事情非常困難。手是人體最精密的器官，手臂上有大大小小34條不同的肌肉。要實現上述目標需要以非侵入式的方式準確捕捉到每一條肌肉所傳導的意識信號，并且將它還原為原本的工作意圖。 但這個目標背后的意義顯而易見。“在中國，肢體殘疾的殘障人士有2472萬，其中約有300萬是上肢殘疾，他們最大的愿望就是像正常人一樣生活，”韓璧丞說道。 然而現狀是，中國肢體殘障人士的假肢的使用率非常低，各種形式的假肢都算上，可能還不到1%的使用率，主要原因是動輒幾十萬的價格令殘障人士難以負擔。 歷時5年，從前期的技術積累到一代一代的試用、反饋、迭代，BrainCo在2019年發布了全世界第一款可以用大腦控制每根手指的機械義肢產品——BrainRobotics智能仿生手。“我們最后終于把這樣假肢的價格降到了同類型產品的五分之一，讓更多的殘疾朋友可以承受，”韓璧丞對澎湃新聞記者（www.thepaper.cn）說道。 論壇現場，左臂殘疾的古月在學習鋼琴的第30天戴著BrainRobotics智能仿生手彈奏了一曲《我和我的祖國》。
“大學畢業后因為一場意外，我失去了左手。一次偶然的機會，我接觸到了腦控智能仿生手......它帶給我很大的安撫作用。現在我可以輕松搬起一個箱子，像過去一樣擰開水瓶蓋喝水、撕開包裝袋、系鞋帶等等。我不再介意別人談論起我的手，現在的我覺得自己更像一個普通人，”古月講述道。 BrainRobotics智能仿生手在發布當年即得到廣泛關注，獲評《時代》雜志2019年度百大最佳發明，并登上雜志封面。 元宇宙入口：神經接口平臺 2021年10月，Facebook更名Meta 是“元宇宙熱”的標志性事件。 事實上，Facebook對元宇宙的布局早在多年前就開始了，且已經收購了至少兩家公司。其中較為人知的是2014年Facebook以20億美金收購VR頭戴設備公司Oculus，而另一家較為神秘的，則是在2019年以外傳10億美金價格收購腦機接口公司CTRL-Labs。 CTRL-Labs的產品基本上可以概括為，可套在手臂上采集肌電神經電信號的臂環設備。通過它，能夠將現實生活中真實的交互動作投射到虛擬世界中。也就是說，這是實現扎克伯格版本的元宇宙人機交互環節的關鍵設備。 什么是元宇宙？其實可以將它理解為一個數字化的平行宇宙，元宇宙不可能為一家企業所壟斷。因此，無論如何構建元宇宙，都不可能繼續通過鼠標鍵盤去感受元宇宙，入口是回避不開的話題。 此次論壇上，BrainCo公開了一款神經接口智能互動設備作為元宇宙的入口級產品，未來可為各類元宇宙方向的科技企業提供底層技術輸出。 “元宇宙的建立，不可或缺的是對人機交互方式的變革。在PC時代，通過鍵盤和鼠標進行人機交互，而后又出現了多點觸摸、手勢控制AI技術的崛起；每次人機交互的變革都是從以機器為中心，逐漸邁向以人為中心的自然交互，而人機交互的終極形態應該是人類本能的交互，”BrainCo相關負責人介紹道。 人的肌肉不管是在松弛狀態下還是在運動狀態下，都會產生十分微弱的電信號。BrainCo搭建了一套將傳感器硬件和信號處理算法相結合的系統，可以精確地采集到這個信號，并且通過這個信號準確地識別到人的動作意圖。 發布會現場，工作人員演示了手勢識別、隔空拼圖、隔空打字等功能，通過這一平臺，可以將現實生活中真實的交互動作投射到虛擬世界中，可以做的比鼠標和鍵盤更多，打破了二維世界里對場地和空間的束縛，進入到三維世界的交互。 腦機接口的向內神經調控：自閉癥“脫帽”與大腦訓練 “腦機接口的應用一共分成兩種形式，一種是對內的神經調控，一種是與外界互動的，比如用大腦控制機器，”韓璧丞認為。 以此界定，BrainRobotics智能仿生手和在此次發布會上初次亮相的智能仿生腿、神經接口平臺都屬于利用大腦控制外界，與外界互動的延伸工具。 另一個發展方向，則是通過對大腦的反饋和調整，探索對自閉癥等大腦相關疾患干預的數字療法。 在論壇現場，BrainCo資深科學家、自閉癥事業部主任楊錦陳博士發布了世界上首款采用了人工智能神經反饋訓練技術的自閉癥干預產品——開星果（StarKids）社交力與注意力康復系統的臨床實驗結果。 在各地兒童康復機構合作進行的研究中，通過將經臨床驗證的神經反饋訓練應用于自閉癥兒童教育干預和居家訓練中，患兒社交腦功能指數顯著提高，自閉癥專項評估量表PEP-3統計顯著改善。 “該成果已經讓部分患兒接近‘脫帽’，所謂‘脫帽’就是被醫院診斷為正常孩子。醫院對此也十分震驚，因為自閉癥很難被治愈，但是通過腦機技術的神經反饋訓練，可以讓這些孩子更愿意和人溝通，”韓璧丞介紹道。 2020年6月份，美國FDA批準首款數字藥物，這是一種兒童多動癥使用的處方游戲，開啟了腦疾病數字藥物的新紀元。 據介紹，接下來BrainCo會繼續和權威的兒童康復研究機構合作，做多中心大樣本真實世界的觀察，繼續完善中國首款自閉癥數字藥物。 數百萬年來，為了不斷適應發展的社會環境，人類的身體和大腦其實一直在發生著巨大的變化。然而身處其中，我們對于進化的感知則是微乎其微的。韓璧丞提出，那么我們有沒有可能主動地加速這個進程，推動我們自己大腦的進化呢？ 1960年開始，NASA開始用神經反饋訓練訓練宇航員，因為他們在太空執行任務的時候需要高強度、長時間的集中注意力，來保證任務執行的高效準確。 “神經反饋訓練是科學有效的大腦訓練方式”，韓璧丞解釋，“就像是給大腦請了一個私人教練，比起訓練肌肉的爆發力、持久力，神經反饋訓練讓我們掌握的是對大腦狀態的控制能力，在需要的時候輕松的放松下來或是集中起來，并且能夠穩定的保持在某一個狀態”。 但傳統的腦電訓練設備龐大而復雜，如果想腦機接口這項技術在更多場景應用，就要首先解決大小的問題。這不僅僅是把一個復雜設備做小，做便攜那么簡單。如何在便攜化，小型化的同時保證信號的精準度，并能夠產生準確、可用的結果，則需要在多個方面取得技術突破。 要實現腦電精準采集和便攜化，首先要在電極材料上做革新，解決生物電信號大規模采集難點與便攜式生物電采集設備噪聲處理難點，提升微型設備信號采集準確率，使得設備信號采樣精度媲美醫療級腦電檢測設備。除了硬件和材料的突破，還需要電信號人工智能的算法。 最近幾年來，以馬斯克的Neuralink為代表的侵入式腦機接口公司被廣為關注。2019年，Neuralink發布了微型芯片和手術機器人；2020年，Neuralink首次在動物身上實驗，在三只小豬的頭上植入了芯片和電極，成功讀取腦電信號；2021年，Neuralink宣稱希望通過腦機接口技術讓癱瘓病人站起來。 “當侵入式腦機接口技術尚在實驗室階段接受驗證的時候，非侵入式的腦機技術已經讓無腿者跳舞，斷臂者彈琴，開啟了生命的更多可能性，”韓璧丞如是評價非侵入式腦機接口技術。 |
