思維提取、意念控制……腦科學讓幻想照進現實

梁婧

如今，雖然人類已經可以“上九天攬月”“下五洋捉鱉”，但對于大腦這個重量僅占人體總重量2%的器官，卻知之甚少。近些年，全球對于腦科學的研究可謂如火如荼，我國的腦科學研究者也在這場科技角逐中展露鋒芒。從腦信號讀取到意念控制，腦科學研究在不斷打破人們的思維邊界。

受訪嘉賓：浙江大學醫學院附屬第二醫院神經外科主任醫師 朱君明

生命科學的“終極疆域”

問：在眾多科技領域中，腦科學無疑是最尖端、最前沿的一個，被稱為生命科學的“終極疆域”。那么，腦科學的研究范圍有哪些？

答：腦科學的研究范圍非常廣泛，主要包括四個方面：1.認識腦：包括腦的結構與功能、腦神經與網絡系統、腦的進化與發育、大腦的工作方式與原理等。2 .保護腦：主要包括促進腦發育、預防腦損傷、治療腦疾病、延緩腦衰老等方面。3.開發腦：開發腦的未知功能、提高腦的運用效率，以及通過類腦研究，模擬腦的功能和工作原理，尤其是模擬人腦的信息處理機制。4.創造腦：即通過構建大腦仿真系統，開發腦型計算機，打造以數值計算為基礎的虛擬超級大腦。

問：如今，科技發達國家和國際組織早已充分認識到腦科學研究的重要性，相繼啟動了各自有所側重的“腦計劃”。我國是否也有這樣的“腦計劃”？我國的“腦計劃”主要側重于哪些方面？

答：2013年美國提出“通過推動創新型神經技術開展大腦研究（BRAIN）計劃”，探索人類大腦工作機制、開發大腦不治之癥的療法等。同年，歐盟啟動“人腦計劃”，通過超級計算機技術模擬腦功能，以實現人工智能。2014年，日本科學家發起神經科學研究計劃，即日本“腦計劃”（Brain/MINDS），旨在通過研究靈長類動物高級大腦功能的神經網絡，以獲得對人類大腦信息處理和疾病的新見解。

與歐美國家、日本的“腦計劃”相比，中國“腦計劃”更為全面。中國“腦計劃”從認識腦、保護腦和模擬腦三個方面，形成“一體兩翼”的總體布局。具體來說，“一體”，即以研究腦認知的神經原理為主體，比如，大腦的本質是什么，大腦是如何思考、學習、記憶的，等等。“兩翼”中的一翼，是研發重大腦疾病（如阿爾茨海默病、帕金森病、自閉癥等）的診治、預防新手段;另一翼則是腦機智能新技術，例如腦機接口。

腦機接口，從科幻走向現實

問：看科幻電影時，經常有這樣的場景：人類通過意念操控龐大的機械戰甲，或是控制機械假肢活動。隨著腦機接口技術讓這些科幻場景逐漸變為現實，大眾也開始對遙不可及的腦科學領域產生濃厚興趣。作為推進中國“腦計劃”的關鍵技術，腦機接口到底是什么？

答：腦機接口是在人腦與計算機或其他電子設備之間建立直接交流和控制的通道。腦機接口繞過了神經和肌肉組織，直接將大腦與外部世界連接起來，使人通過“意念”即可控制外部設備。

腦機接口可分為植入式與非植入式兩大類，前者雖然有一定手術創傷性及可能的手術并發癥，但其采集到的腦電信號在信號質量、穩定性等方面都遠遠優于非植入式腦機接口。

問：在醫療領域，腦機接口能夠解決哪些問題？

答：腦機接口較為廣泛、成熟的臨床應用是人工耳蝸。人工耳蝸將聲音轉換為電信號，通過植入體內的電極系統恢復或重建患者的聽覺功能。

通過腦機接口實現“意念控制”，則可以幫助高位截癱、腦卒中后偏癱、漸凍癥等患者，借助外部設備，重建肢體運動功能。所謂“意念控制”，其實是通過植入電極，采集腦神經發出的電信號并進行解碼，將“意念”提取出來，轉化為外部設備如機械手臂的動作指令。去年，我們浙江大學腦機接口臨床轉化研究團隊成功地讓一位72歲的高位截癱患者“意念控制”機械手臂，完成了握手、飲水、在電腦上打麻將等一系列動作。

此外，腦機接口還可用于癲癇、抑郁癥、貪食癥等疾病的治療。我們有一個15歲的癲癇患者。治療前，該患者每月會出現4～6次發作時摔倒的情況，每天右手抽搐4～5次，根本無法正常上學。我們在患者腦內植入深部電刺激器，它可以自動識別癲癇的特征性腦電信號。一旦患者的大腦出現癲癇發作信號，設備馬上識別到這一信號，發出電刺激，把癲癇發作消滅在萌芽之中。這名患者經過3個月的治療，發作時跌倒的情況完全消失，每天僅有3～4次右手一過性發麻。現在他又可以與同齡人一樣上學了，家長非常滿意。

這項技術的核心是“反應性神經電刺激”，美國僅有一款設備獲得FDA批準，我們團隊研發的這項技術處于國內領先水平。

任重道遠，但未來可期

問：腦機接口技術臨床應用的難點在哪里？未來的發展方向是什么？

答：目前，腦機接口技術的發展面臨不少瓶頸。比如，我們對大腦的功能、工作機制認識不足，這直接影響腦機接口的研究。再比如，即便是對于采集腦電信號更有優勢的植入式電極，其采集范圍也非常有限。目前馬斯克的腦機接口技術，也只能采集到幾千個神經細胞的放電信號，相對于人腦內的幾百億個神經細胞來說，不過“九牛一毛”。此外，植入式電極的生物相容性差，可能引起排異反應;如何實現產品化等，都是腦機接口臨床應用面臨的難點。

未來，腦機接口技術在康復治療、疾病的早期預警、神經功能重建等方面還有很多值得探索的地方。

大腦研究在近些年發生了翻天覆地的變化。相信隨著人類對腦的認識越來越深入，發揮大腦功能，診治大腦疾病，模擬大腦機制，將不再是一件高不可攀的事情。