挑战脑机接口“禁区”，实现“意念”书写

直播：2021腾讯科学WE大会：跟“天字号”科学家一起洞察天机

2011年4月12日，当时58岁的瘫痪女子凯茜·哈钦森，用意念驱动一只连在电脑上的机械臂，抓起了一瓶咖啡送到自己面前，然后通过吸管喝到了咖啡，她为此兴奋不已，而这一幕也让所有脑机科学家一同欢呼。从此，脑机接口技术开启了一场声势浩大的“身体革命”[1]。

丨Paralysed woman moves robot with her mind，Nature

“身体革命”可以有多重含义，但“身体平等”可以说是革命的基本，因为身体是我们人类接触世界的唯一渠道，身体的差异会造成“体验世界”的差异。

因此，脑机接口技术首先力图攻克的，就是帮残障人士找回享受平等的权利，它通过读取人脑的动作信号，解码再编码后发出动作指令，连通大脑与义肢之间的信息通道，让残障人士可以重拾行动能力，回归正常生活。

当然，脑机接口技术始于身体的治疗，但不会仅止于此。当我们利用脑机接口治疗某一种疾病时，比如帮下肢瘫痪的病人重拾行动能力，如果我们能够重建大脑与行动的连接，那就属于治疗，而如果我们让他的步速快于常人，那就属于增强这方面的能力了。

于是，大家对脑机技术产生相当多的幻想：人类是否可以突破生理极限而变得更高、更快、更强？从而诞生“最强人类”？如果大脑可以与机器相连，是否可以实现“数字”永生？我们距离赛博朋克的世界还有多远？……

丨Neural dust swept up in latest leap for bioelectronic medicine

对脑机技术的探讨，是关于想象边界的探讨，也是关乎人类终极未来的探讨。

在这场科技改变命运的探索中，无法避开一位天才般的“革命者”，他冲破脑机技术的固有思维，试图挑战人脑860亿个神经元，将向大脑输入信息转变为解读大脑信号，并成功通过脑机接口“解读人类、助力交流”，让脑机接口从科学幻想到技术爆发有了新的征途。他，就是Krishna Shenoy。

脑机接口，开启现代“读心术”？

在《圣经》中有一个神话故事，大洪水后，天下人都在讲同一种语言，于是人类的科技突飞猛进，他们甚至决定盖一座高塔来直通天宇，欲与天公试比高，也就是传说中的巴别塔（通天塔）。

上帝看到后十分愤怒，觉得人类就像当年在伊甸园吃了禁果一样犯了巨大的错误，为了惩罚人类，于是他让人类开始讲不同的语言，很快人类就开始分崩离析并因为语言不同而逐步陷入混乱。

这个故事告诉了我们一个事实，对于人类来说，语言交流的意义堪比灵智开启这样的重大进程。

而Krishna Shenoy团队从事的工作，或许可以帮助重建人类语言的“巴别塔”。

丨Tower of Babel - Wikipedia

这些年来，脑机接口进展迅速，各种新闻层出不穷。不过如果你仔细留意这些新闻，会发现绝大多数脑机接口，其实本质上是行动类的脑机接口，就像前文所提到的，也就是用来完成人体肢体替代之类的工作，而这些信号，属于我们的大脑运动功能区。

但是，我们人类的日常活动中，肢体行动只是一部分，而绝大多数时候，我们更多的是在交流和思考。

如何通过脑机接口帮助那些因为肢体或发声肌肉受损而无法打字或说话的患者，让他们重新恢复与世界的交流和连接？

在经过多年的不断实验和迭代后，Krishna Shenoy和同事决定直接读取人的语言区，看看人类的语言区到底是如何进行表达的。他选择了人类最常见的表达方式：书写文字，也就是“笔迹”。

这可不容易。尽管我们经常夸赞四肢的灵活，但这种灵活其实是相对粗糙的，而书写就要复杂多了。不同的人有不同的书法，即便是同一个人也会有不同的笔迹。这种细微的信号极大地增加了我们读取大脑信号的难度，也对机器和算法有了更高的要求。

为了更精准的捕捉大脑信号，Krishna Shenoy团队开发出了一套脑机接口系统，它可以直接嵌入到大脑皮层，从中获取人们想象中的手写动作，再通过反复脑补“手写”，电脑记录下每个字母在脑内对应的“记忆点”，最终通过分析将这些手写动作实时转换为文本。

在Krishna Shenoy团队的调试和优化下，参与实验的瘫痪患者用“意念”写字的速度刷新了记录，每分钟可以写大约90个字母，而准确率更是超过了99%。相比身体健全的人用智能手机每分钟打出23个单词，患者每分钟大约能生成18个单词，已经可以实现正常速度交流。这是人类前所未有的进展，因此以封面文章的形式发表在了2021年5月份的 Nature 上。

可以说，Krishna Shenoy和同事为我们打开了一扇新的大门，那就是：读心。

我们的思考、推理、内心活动，基本上都是以文字和符号的方式进行，如果读取了这些信号，那么就相当于读取了我们的内心，这是Krishna Shenoy及其团队的巨大贡献。

可以想象，这一技术的推出，不仅对瘫痪患者有用，可以让失去了书写能力的人重新执笔，而且对于失去了语言能力的人，也可以让他重新“发声”，毕竟文字转语音已经是非常成熟的技术了。

而更引人遐思的是，这项技术在未来的发展，或许可以推动全人类的交流，如果能把人类的想法用文字书写在屏幕上，结合AI翻译技术，或许就能建立人类的新巴别塔，让全世界扫清语言障碍。

脑机接口，还有更广阔的天地

或许有一天，脑机技术可以让瘫痪、中风的患者拥有更自如、更自由的活动能力。

可以帮助植物人患者做出重要的人生决定，从简单的吃住需求，到是否继续接受治疗，甚至做出临终的决定。

可以帮助神经外科手术医生做出最准确的判断。对于脑肿瘤患者，在医生进行手术时，切除过多的脑组织可能会造成永久性损伤，而切除过少可能会导致治疗不彻底，因此，迫切需要脑机技术可以绘制精准的“大脑地图”，医生就可以精确识别脑部结构和功能区域的位置，确保只切除所需的组织，同时保留其他重要区域。

这些都是目前脑机科学家们致力研究的方向。

丨Shenoy group 研究内容

“数字永生”还有多远？

回到开篇提到的问题，如今我们已经可以解读人类的思维，那距离实现存储记忆、“数字”永生还有多远？

答案是还有很长的一段路要走。大脑有860亿个神经元，有些想法需要诸多神经元共同配合，而目前我们却只能记录几百到几千个神经元。对于大脑的研究，我们仍然处于初级阶段，对于大脑的解读还有很长远的路要走。尽管很难，但目前神经科学和脑机接口的发展，已经在逐步为我们打通这条路。

相信未来有一天，我们一定会彻底破解大脑的秘密，那么那个时候，人类将进入全新的时代。也许，我们甚至可以和现实世界彻底分离，完全实现思维意识感知和控制一切。那将是一个怎样的世界？是否会像现在热议的元宇宙？我们拭目以待。

11月6日腾讯科学WE大会，Krishna Shenoy将带着他的最新科研成果和对未来的思考，为我们解读脑机接口这一领域的前沿进展。一起来线上赴约吧！

[1]《脑机接口与身体革命》，探索与争鸣，肖峰，2021年9月

作者"李雷

中国科学院生物学博士

助理研究员

生命科学和医学领域科普作者

本文转自腾讯科学WE大会