中国科学院老科学技术工作者协会

　　简 报

　　﹝2022﹞ 第九十六期（总第770期）

　　中科院老科协办公室 2022年11月30日

　　上海分院老科协举办“脑机接口的研究

　　现状和发展前景”学术沙龙

　　在庆祝党的二十大召开的日子里，由中国科学院老科协、中国科学院上海分院主办、上海市老科协中科委承办的《脑机接口的研究现状和发展前景》学术沙龙于2022年11月22日下午在中国科学院上海分院举行。

　　沙龙邀请了中科院老科协，上海市老科协及其中科院下属脑科学与智能技术卓越创新中心、生化所、光机所、微系统所、药物所、有机所等相关单位的老专家、学者共23人出席。

　　沙龙由上海市老科协中科委员徐树健研究员（原中科院生化所副所长）主持。他说，脑机接口是我国脑研究计划的重要组成部分，也是上海市重点支持项目。近年来，脑机接口研究已在小孩的幽闭症、中年的忧郁症、老年的阿尔茨帕海默症以及癫痫、脊柱损伤、渐冻症和帕金森重症等治疗方面取得了一系列进展。然而，脑机接口技术从动物实验走向临床实用已经而且会越来越多的面临必须正视的难题。对此，我们有什么好的对策和建议？今天的沙龙就请各位专家发表各自的真知灼见。

　　中科院脑科学与智能技术卓越创新中心李雪研究员首先作了题为《脑机接口的研究现状和发展前景》的主旨报告。

　　她首先回顾了脑机接口的发展历史。1970年，Jacques Vidal首次提出的脑机接口，是在人机交互中使用大脑信号来控制计算机或者外部设备的概念。起初，脑机接口还是一个单向的概念，到了2000年，逐渐发现脑机接口应该是一个双向带反馈的。2000年之后，侵入式脑机接口技术超越了非侵入式脑机接口。侵入式神经电极，相对于非侵入式神经电极,在脑机接口应用领域有非常巨大的优势，但它同时也产生了很多问题。

　　接着，她重点介绍自己团队主要的研究方向：神经界面的开发技术。侵入式的脑机接口，就是直接将神经电极植入到大脑皮层、甚至是深入脑的核团当中去。神经元之间交流信息的基本单元是动作电位，一个动作电位的发送是在毫秒量级上。从空间范围上看，一个神经元的尺寸是在十微米或者几十微米的量级上。提取完整的大脑信息，要同时具备有两个重要的特征：长期稳定高时间分辨率的信号记录；高空间覆盖范围和高空间分辨率的记录。为了满足这两个需求，传统的侵入式神经电极是硬质的硅基，电极中间一根导线，外面绝缘层。电极植入大脑之后，会扎破血管，产生血脑屏障的泄漏。被激活的小胶质细胞会聚集到神经电极表面，形成一层非常厚的胶质斑痕。还会释放免疫因子，导致周围健康的神经元，产生凋亡和信号逐渐的消失。短时间植入，也会发现记录到的信号并不稳定。

　　人们设想用柔性的材料取代硬制的电极。杨氏模量，它代表了材料本身的柔软程度。脑组织的杨氏模量，在0.1到0.4个千帕，常用来做电极的材料是大于100千帕的硅和金属，之间差了多个数量级。我们将电极厚度降到一个微米，做出了超柔性特征的电极。柔性的提高，使它有很好的载体表现，免疫反应也非常的低。在正常的电极周围，三个月内的20天记录显示，几个电极位点上，都记录到正常的神经元活动的信号，稳定性很高。还可以持续追踪单个或者几个神经元。我们解决了第一个问题：实现了长期稳定，高时间分辨率的信号记录。

　　同时，我们还解决了第二个问题：实现了目前全世界范围内最高通量的和最高密度的电极植入和信号的提取。在一个一立方毫米的体积中，植入了1000多个通道、1024个通道的神经电极。这个体积相当于三百五十分之一个豌豆的大小，远低于这个组织安全的1%的体积占比。

　　实验结果证明，我们可以重建出一个实时的大脑活动，记录到神经元的信息流动。我们在小鼠的运动皮层，体感皮层，视觉皮层植入了2000多个通道。在植入这些信号之后，提取到了这些非常有意思的动作电位、局部场电位的信息，首先解码了它四肢的一些一维运动，也解码出来它瞳孔的一个尺寸，拍摄出来小鼠的面部活动。通过从它大脑里面提取出来200多个通道的信息，重建它的面部的活动，提取出来了非常多比较精细的运动状态。未来，有可能只通过大脑里面的信号，就能完全重建你的个人行为和你看到的世界。只要在外面架一个摄像机，就能拍摄到你的整体样貌或行动。

　　我们的神经界面的技术，发展到了能够支撑一个非常好的脑机接口应用技术的条件。医疗方面是脑子接口最初的，也是最直接的应用。不久的将来可以应用在一些疾病的治疗、诊断，以及帮助我们进行一些失去功能的代偿和增强身体的机能。

　　最后，她细述了国内外脑机接口的重大事件和我国近年来的政策支持力度。目前，美国已经把脑机接口列入到了14类技术出口的管制清单中。脑机接口也成为我国急需发展的关键领域和卡脖子技术。中国的发展时间相对于欧美其他国家，是比较晚的。但近年我国实施了一体两翼的中国的脑计划,对于脑机接口研究后来居上充满了信心。

　　而后，参加沙龙的专家进行了热烈的讨论。主要议题如下：

　　1、多学科合力破解瓶颈技术，构建良好的脑机接口神经界面

　　神经界面是神经系统与外部设备进行信息传递的接口，是获得高质量神经信号的关键。柔性电极的超微结构和植入大脑所致损伤、对周围神经元的影响，都可以在超高压冷冻电镜下一目了然。然而，我们在报告中没看见扫描或透射电镜的任何照片。多学科共同攻关，包括充分利用大科学装置是我们催生原始创新和尖端科研成果的利器，能显著提高我们破解瓶颈技术的能力，较快掌握脑机接口神经界面动态变化规律和作用机理，增强宏观与微观层面之间的介观层面认识，在构建良好神经界面的基础上，才能完成更高通量和更密度的电极植入和信号的提取。

　　2、要重视公众对脑机接口的接受度

　　公众对脑机接口的接受程度与其对大脑的侵入程度成反比。非侵入式的脑机接口更易被大众接受。侵入性神经电极本身,比如深脑电极,需先给患者进行开颅手术,会对患者身体造成一定伤害。由此造成的担忧也是需要考虑的 。对大部分患者和社会整体而言，还有一笔不菲的支出：手术、电极、护理、电池更换等等的高昂成本，会让有需求的患者望而却步。因此，相应的心理干预，医保待遇等配套措施需要及时跟进。

　　3、脑机接口技术可能涉及的医学伦理问题

　　脑机接口的研究已进入到脑控、读脑和控脑领域，会涉及安全和隐私问题。在人脑和人工智能的深度融合下，人类还具有多大程度的自主性？主导者是谁？如果人脑和人工智能融合系统发生了错误、甚至犯罪行为，责任又如何划分等。这些脑机接口技术面临的伦理问题，目前还缺少必要的伦理规范和法规规定。脑机接口技术的伦理问题研究，在国外已如火如荼。而国内发表的有深度的原创论文极少，还没有引起足够的重视。

　　4、引进高端科技人才，鼓励产学研一体化探索

　　近年来，我国加大落实吸引海外高层次科技人才回国的计划。李雪博士是蒲慕明院士从美国引进的高端人才。中科院信息与微系统所的副所长陶虎也是从海外引进的高层次人才，他带领团队开发了“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统”，而且创办了“陶虎科技”公司，执行相应技术的落地和临床应用。这是国内首个将侵入式柔性脑机接口技术产业化的公司。鼓励产学研一体化探索，鼓励科技与资本相结合，这是脑机接口科技发展值得参考的道路。

　　最后，上海老科协副会长于晨发言：刚才讲到那个侵入式和非侵入式的差别。三国演义中曹操脑袋疼，叫华佗来医治，华佗说要给你开刀，曹操说你要谋害我，就把他杀了。非侵入式脑机接口的缺点就好比你不进入体育场，看不到体育场里的东西。是不是有这种技术，不进体育场，也能知道体育场里头情况。你可以跟搞航天的朋友了解了解。我自己研究所原来的微波技术，能够把市政地下工程、隧道底下那些事情搞清楚。我想几十年过去了，技术都得进步。虽然隔行如隔山，但是隔行不隔理。总而言之，就是希望加强学科之间的融合，大家互相启发，使我们的脑机接口技术容易被中国老百姓所接受。

　　我觉得分院老科协学术沙龙的形式非常好。过去组织院士到中小学搞活动，叫大手拉小手。我们办沙龙，让老专家和青年专家、学生，面对面讨论学科之间的融合，互相启发，这种形式很好，希望越办越好。

　　

　　

　　

　　

　　（中科院上海分院 上海市老科协中科委供稿）