該研究院定位于國(guó)家戰(zhàn)略性重大需求，構(gòu)建“腦機(jī)制、算法、儀器/芯片到系統(tǒng)”的創(chuàng)新體系，突破腦智科學(xué)、類腦智能等“卡脖子”技術(shù)，努力引領(lǐng)國(guó)家與地方腦智產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

“用意念和能量，能使熟雞蛋返生孵出小雞”，最近，荒唐的“熟蛋返生說(shuō)”成為網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，也引發(fā)大家對(duì)“意念控物”的思考。

那么，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家如何看待“意念控物”呢?

在“大膽猜想，小心求證”的道路上，“意念控物”是腦科學(xué)家們研究的一大方向，被稱為“腦機(jī)接口”技術(shù)。5月12日，《Nature》發(fā)布最新一期封面研究：斯坦福大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新的“腦機(jī)接口”技術(shù)，能使癱瘓患者直接將腦海里的“想法”轉(zhuǎn)換為電腦屏幕上的手寫(xiě)文字。

“意念控物”有哪些暢想？它的科學(xué)原理是什么？又面臨哪些技術(shù)瓶頸？近日，記者走進(jìn)電子科技大學(xué)的省腦科學(xué)與類腦智能研究院，一探“腦機(jī)接口”的秘密。

何謂“意念控物”？

從大腦提取信號(hào)，翻譯成指令來(lái)控制外部設(shè)備的過(guò)程

在電影《阿凡達(dá)》中，每個(gè)納美人都有一個(gè)“接口”，它使得納美人能夠用意念與各個(gè)物種直接進(jìn)行交流，納美人“即插即用的萬(wàn)能接口”在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中其實(shí)已有了概念及雛形，它就是“腦機(jī)接口”。在現(xiàn)實(shí)生活中，它不僅能實(shí)現(xiàn)精神交流，還能“意念控物”。

省腦科學(xué)與類腦智能研究院工作人員劉博向記者做了“意念控物”的演示：戴上一頂特制的帽子，在無(wú)人機(jī)上安置一枚接收器，測(cè)試人員只需觀看電腦的提示畫(huà)面，不需做任何動(dòng)作，就可以控制無(wú)人機(jī)飛行。

準(zhǔn)確率如何?“如果只是上下左右的飛行，準(zhǔn)確率可以達(dá)到90%以上；如果進(jìn)行平滑連續(xù)性操作，準(zhǔn)確率超過(guò)80%。”從劉博反饋的過(guò)往數(shù)據(jù)看，“意念控物”的效果似乎不錯(cuò)。

應(yīng)用的廣度又如何？“除了無(wú)人機(jī)，機(jī)械臂和游戲也可以通過(guò)意念來(lái)控制。”劉博透露，目前已經(jīng)測(cè)試了多款游戲，應(yīng)用比較多的是一款跑酷游戲，因?yàn)樗芨脺y(cè)試大腦的反應(yīng)速度。

過(guò)去幾年，“意念控物”的案例并不鮮見(jiàn)，其中最被人所熟知的是硅谷“鋼鐵俠”埃隆·馬斯克及其創(chuàng)立的Neuralink公司。去年，馬斯克將一枚硬幣大小的芯片植入一只小豬的大腦，讓它通過(guò)嗅覺(jué)識(shí)別物體，每當(dāng)它“吸鼻子”的時(shí)候，腦里發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)就會(huì)被采集到，工作人員就可以預(yù)測(cè)它的運(yùn)動(dòng)步態(tài)。

馬斯克表示，未來(lái)“腦機(jī)接口”技術(shù)將可以讓你使用想象來(lái)召喚自己的座駕，也可以用意識(shí)來(lái)玩虛擬游戲。而在今年2月，他還發(fā)布了一段獼猴玩“意念乒乓球”游戲的視頻，這些工作在一定程度上代表了“意念控物”的最新進(jìn)展。

四川省腦科學(xué)與類腦智能研究院研究人員在進(jìn)行神經(jīng)電生理研究。（四川省腦科學(xué)與類腦智能研究院供圖）

“科學(xué)原理都是相似的。”省腦科學(xué)與類腦智能研究院院長(zhǎng)堯德中表示，所謂“意念控物”，簡(jiǎn)單理解就是，從大腦直接提取信號(hào)，翻譯成指令來(lái)控制外部設(shè)備的過(guò)程，而通過(guò)“腦機(jī)接口”實(shí)現(xiàn)“意念控物”大致分為4個(gè)步驟：采集腦電信號(hào)-信號(hào)預(yù)處理-解碼信號(hào)-指令傳輸。

再進(jìn)一步有多難？

獲取大腦信號(hào)的技術(shù)難，解碼信號(hào)也很難

既然有了科學(xué)路徑，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的“意念控物”是否可期？堯德中坦言，距離高效穩(wěn)健的“意念控物”還有漫長(zhǎng)的路要走，而其中一個(gè)難點(diǎn)就是：信號(hào)的獲取和解碼。

首先是獲取信號(hào)的技術(shù)難。為了更好地獲取信號(hào)，業(yè)內(nèi)已形成了不同的技術(shù)路徑，比如可以根據(jù)是否有侵入性而把“腦機(jī)接口”分為三類：非侵入式、半侵入式、侵入式。非侵入式基于大腦頭表的信號(hào)；半侵入式則將記錄電極置于硬腦膜外或硬腦膜下；侵入式則直接將電極植入大腦皮層內(nèi)。簡(jiǎn)單理解就是，非侵入式不需要“開(kāi)腦洞”，而半侵入式和侵入式需要“開(kāi)腦洞”。

“侵入式‘腦機(jī)接口’更靠近大腦皮層內(nèi)的神經(jīng)元，可以采集到更具體精準(zhǔn)的信號(hào)，但安全性有待進(jìn)一步研究。”堯德中表示，研究設(shè)計(jì)侵入式“腦機(jī)接口”需要扎實(shí)的醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也對(duì)設(shè)備提出了更高要求。也由于這個(gè)原因，非侵入式“腦機(jī)接口”一直是業(yè)內(nèi)最常用的方案，它更容易為普通人所接受。但大腦表面的信號(hào)干擾多，對(duì)信號(hào)處理又是一大挑戰(zhàn)。

其次是需要解碼的對(duì)象難。“腦機(jī)接口”所面對(duì)的是一個(gè)無(wú)比復(fù)雜而精密的系統(tǒng)：大腦既是傳遞、儲(chǔ)存和加工各種信息的平臺(tái)，又是思維的器官。它不僅能調(diào)控我們的行為，同時(shí)還能主導(dǎo)我們的心理過(guò)程和意識(shí)產(chǎn)生，要解開(kāi)它的秘密談何容易。另外，負(fù)責(zé)這些工作的腦細(xì)胞不僅數(shù)量多，種類也繁多。“以目前的技術(shù)，還無(wú)法做到單個(gè)神經(jīng)元水平的解析。”堯德中提到，業(yè)內(nèi)目前主要還是針對(duì)腦區(qū)進(jìn)行研究，從而決定了解碼結(jié)果的“模糊性”。

此外，人們對(duì)腦信號(hào)的認(rèn)知還處于初步階段。“目前我們對(duì)大腦的運(yùn)作流程還處于知其然，而不知其所以然的階段。”堯德中表示，如果沒(méi)有找到大腦的語(yǔ)法規(guī)則，哪怕能采集到足夠精細(xì)的腦區(qū)信號(hào)、做出解析，也無(wú)法真正理解大腦的運(yùn)作方式。

為了更好、更快地推進(jìn)人類對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)，近年國(guó)際上興起了基于云腦信息平臺(tái)的全球合作研究范式，“因?yàn)樵破脚_(tái)能夠把數(shù)據(jù)、工具和算力有效整合起來(lái)，為此，省腦科學(xué)與類腦智能研究院也推出了自己的國(guó)際化云平臺(tái)WeBrain。”堯德中介紹。

掌握技術(shù)后能應(yīng)用于哪些場(chǎng)景？

治療疾病，挖掘大腦潛能，甚至實(shí)現(xiàn)數(shù)字永生

除了“意念控物”，“腦機(jī)接口”還能應(yīng)用在哪些場(chǎng)景？

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，堯德中向記者描繪了這樣一個(gè)場(chǎng)景：某位罹患腦部或神經(jīng)疾病的患者在需要治療時(shí)，尤其在吃藥或者手術(shù)均無(wú)法治愈時(shí)，腦控游戲等干預(yù)方案可能會(huì)發(fā)揮作用。

為了讓記者更好地理解這個(gè)暢想，他做了演示：通過(guò)對(duì)比被測(cè)試者的腦電波形和標(biāo)準(zhǔn)化的波形，從而獲知腦部疾病的原因和程度。一旁的儀器根據(jù)診斷結(jié)果，生成包括腦控游戲在內(nèi)的各種應(yīng)對(duì)方案來(lái)對(duì)大腦進(jìn)行干預(yù)，進(jìn)而產(chǎn)生治療效果。

“用物理治療方式彌補(bǔ)藥物、化學(xué)治療無(wú)效的空缺。”但堯德中也提到，這樣做有個(gè)前提——需要充分掌握腦部疾病的致病機(jī)制和機(jī)理。目前，類似的探索在國(guó)際上也有很多，比如美國(guó)FDA在去年就批準(zhǔn)了一款干預(yù)兒童多動(dòng)癥的游戲治療方案。

除了恢復(fù)大腦健康外，“腦機(jī)接口”技術(shù)還可用于了解大腦的潛能。堯德中表示，國(guó)外一些機(jī)構(gòu)甚至運(yùn)用它來(lái)選拔人才。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有一個(gè)“游戲王國(guó)”，擺放了各種你能想到的游戲機(jī)：有玩體感游戲的XBOX、網(wǎng)絡(luò)游戲的PC機(jī)、VR游戲的PS機(jī)，也有模擬飛行的游戲機(jī)等。堯德中表示，當(dāng)被測(cè)試人員在進(jìn)行游戲操控時(shí)，設(shè)備可同步記錄下他的腦電信號(hào)，從而了解其工作效率與其神經(jīng)信息之間的關(guān)系，如果能建立起穩(wěn)健的關(guān)系，就可以對(duì)其崗位適應(yīng)性作出初步的判斷。

四川省腦科學(xué)與類腦智能研究院研究人員在進(jìn)行游戲訓(xùn)練。（四川省腦科學(xué)與類腦智能研究院供圖）

在研究院內(nèi)，記者還看到了數(shù)字孿生大腦，這是一款模擬大腦基本功能的軟件，也被視為數(shù)字永生的雛形。數(shù)字永生是一個(gè)假想概念，它可以將人的個(gè)性（性格）存儲(chǔ)（或轉(zhuǎn)移）到更耐用的媒體（即如計(jì)算機(jī)）中，并允許其在未來(lái)與人們進(jìn)行交流。它像是一個(gè)虛擬角色，能夠進(jìn)行反應(yīng)和思考，這一切都基于此人在數(shù)字檔案里的記錄。個(gè)體去世后，這個(gè)虛擬形象可以保持不變或繼續(xù)自主學(xué)習(xí)和發(fā)展。

我們真的可以通過(guò)這款軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字永生嗎？堯德中給了一個(gè)模糊的答案：“是，也不是。”說(shuō)它是，是因?yàn)樗梢栽佻F(xiàn)部分大腦的功能，如識(shí)別、運(yùn)動(dòng)、對(duì)話等；說(shuō)它不是，是因?yàn)檎鎸?shí)大腦擁有近千億個(gè)神經(jīng)元，而現(xiàn)有的數(shù)字模型僅有幾百個(gè)單元，因此，“現(xiàn)在談數(shù)字永生還太早，這個(gè)軟件目前的功用主要還是輔助人們對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)。”

數(shù)字孿生大腦剛剛起步，其孕育的潛能卻是巨大的——通過(guò)模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理，成為一定意義上的通用智能系統(tǒng)，讓人工智能更像人一樣去思考和做決策。