思维提取、意念控制……脑科学让幻想照进现实

梁婧

如今，虽然人类已经可以“上九天揽月”“下五洋捉鳖”，但对于大脑这个重量仅占人体总重量2%的器官，却知之甚少。近些年，全球对于脑科学的研究可谓如火如荼，我国的脑科学研究者也在这场科技角逐中展露锋芒。从脑信号读取到意念控制，脑科学研究在不断打破人们的思维边界。

受访嘉宾：浙江大学医学院附属第二医院神经外科主任医师 朱君明

生命科学的“终极疆域”

问：在众多科技领域中，脑科学无疑是最尖端、最前沿的一个，被称为生命科学的“终極疆域”。那么，脑科学的研究范围有哪些？

答：脑科学的研究范围非常广泛，主要包括四个方面：1.认识脑：包括脑的结构与功能、脑神经与网络系统、脑的进化与发育、大脑的工作方式与原理等。2 .保护脑：主要包括促进脑发育、预防脑损伤、治疗脑疾病、延缓脑衰老等方面。3.开发脑：开发脑的未知功能、提高脑的运用效率，以及通过类脑研究，模拟脑的功能和工作原理，尤其是模拟人脑的信息处理机制。4.创造脑：即通过构建大脑仿真系统，开发脑型计算机，打造以数值计算为基础的虚拟超级大脑。

问：如今，科技发达国家和国际组织早已充分认识到脑科学研究的重要性，相继启动了各自有所侧重的“脑计划”。我国是否也有这样的“脑计划”？我国的“脑计划”主要侧重于哪些方面？

答：2013年美国提出“通过推动创新型神经技术开展大脑研究（BRAIN）计划”，探索人类大脑工作机制、开发大脑不治之症的疗法等。同年，欧盟启动“人脑计划”，通过超级计算机技术模拟脑功能，以实现人工智能。2014年，日本科学家发起神经科学研究计划，即日本“脑计划”（Brain/MINDS），旨在通过研究灵长类动物高级大脑功能的神经网络，以获得对人类大脑信息处理和疾病的新见解。

与欧美国家、日本的“脑计划”相比，中国“脑计划”更为全面。中国“脑计划”从认识脑、保护脑和模拟脑三个方面，形成“一体两翼”的总体布局。具体来说，“一体”，即以研究脑认知的神经原理为主体，比如，大脑的本质是什么，大脑是如何思考、学习、记忆的，等等。“两翼”中的一翼，是研发重大脑疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症等）的诊治、预防新手段;另一翼则是脑机智能新技术，例如脑机接口。

脑机接口，从科幻走向现实

问：看科幻电影时，经常有这样的场景：人类通过意念操控庞大的机械战甲，或是控制机械假肢活动。随着脑机接口技术让这些科幻场景逐渐变为现实，大众也开始对遥不可及的脑科学领域产生浓厚兴趣。作为推进中国“脑计划”的关键技术，脑机接口到底是什么？

答：脑机接口是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立直接交流和控制的通道。脑机接口绕过了神经和肌肉组织，直接将大脑与外部世界连接起来，使人通过“意念”即可控制外部设备。

脑机接口可分为植入式与非植入式两大类，前者虽然有一定手术创伤性及可能的手术并发症，但其采集到的脑电信号在信号质量、稳定性等方面都远远优于非植入式脑机接口。

问：在医疗领域，脑机接口能够解决哪些问题？

答：脑机接口较为广泛、成熟的临床应用是人工耳蜗。人工耳蜗将声音转换为电信号，通过植入体内的电极系统恢复或重建患者的听觉功能。

通过脑机接口实现“意念控制”，则可以帮助高位截瘫、脑卒中后偏瘫、渐冻症等患者，借助外部设备，重建肢体运动功能。所谓“意念控制”，其实是通过植入电极，采集脑神经发出的电信号并进行解码，将“意念”提取出来，转化为外部设备如机械手臂的动作指令。去年，我们浙江大学脑机接口临床转化研究团队成功地让一位72岁的高位截瘫患者“意念控制”机械手臂，完成了握手、饮水、在电脑上打麻将等一系列动作。

此外，脑机接口还可用于癫痫、抑郁症、贪食症等疾病的治疗。我们有一个15岁的癫痫患者。治疗前，该患者每月会出现4～6次发作时摔倒的情况，每天右手抽搐4～5次，根本无法正常上学。我们在患者脑内植入深部电刺激器，它可以自动识别癫痫的特征性脑电信号。一旦患者的大脑出现癫痫发作信号，设备马上识别到这一信号，发出电刺激，把癫痫发作消灭在萌芽之中。这名患者经过3个月的治疗，发作时跌倒的情况完全消失，每天仅有3～4次右手一过性发麻。现在他又可以与同龄人一样上学了，家长非常满意。

这项技术的核心是“反应性神经电刺激”，美国仅有一款设备获得FDA批准，我们团队研发的这项技术处于国内领先水平。

任重道远，但未来可期

问：脑机接口技术临床应用的难点在哪里？未来的发展方向是什么？

答：目前，脑机接口技术的发展面临不少瓶颈。比如，我们对大脑的功能、工作机制认识不足，这直接影响脑机接口的研究。再比如，即便是对于采集脑电信号更有优势的植入式电极，其采集范围也非常有限。目前马斯克的脑机接口技术，也只能采集到几千个神经细胞的放电信号，相对于人脑内的几百亿个神经细胞来说，不过“九牛一毛”。此外，植入式电极的生物相容性差，可能引起排异反应;如何实现产品化等，都是脑机接口临床应用面临的难点。

未来，脑机接口技术在康复治疗、疾病的早期预警、神经功能重建等方面还有很多值得探索的地方。

大脑研究在近些年发生了翻天覆地的变化。相信随着人类对脑的认识越来越深入，发挥大脑功能，诊治大脑疾病，模拟大脑机制，将不再是一件高不可攀的事情。