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非侵入式脑机接口将成为主流

■本报记者 冯丽妃

近日,美国企业家埃隆·马斯克在社交媒体上宣布神经连接公司完成首例脑机接口植入,患者已经可以通过思考移动计算机鼠标。消息引发热议——是时候开启脑机接口商业应用了吗?这一技术安全吗?是否会打破人与机器的伦理边界?

《中国科学报》就此专访“脑机接口之父”、巴西神经生物学家米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)。他表示,非侵入式脑机接口技术在某些领域已经非常成熟,现在有理由展开应用。

但尼科莱利斯担心马斯克的“商业营销”会误导公众。“马斯克先生围绕这个话题制造了太多幻想,以至于让很多人对什么是真实的脑机接口技术感到困惑,可能会对这一科学领域造成严重伤害。”

“这不算什么进展”

《中国科学报》:你如何评价神经连接公司最近的进展?

尼科莱利斯:这不算什么进展,只是商业营销。“首次将脑机接口芯片植入人脑”是一种误导性的说法,通过在人脑植入芯片验证脑机连接在20年前就完成了。没有人会通过社交媒体上的一条信息评估一项技术,因为它没有任何数据支撑。这是马斯克的又一次营销。

《中国科学报》:当前脑机接口技术的商业化发展方向是否符合你的预期?

尼科莱利斯:脑机接口非常有用,但从商业化角度说,不一定要将其植入大脑。过去10年,我们在美国、巴西的实验室对脊髓损伤截瘫患者使用非侵入式脑机接口治疗范式,取得了非常有意义的结果。非侵入式意味着无须为手术花费一大笔钱,也无须承担芯片植入大脑的风险。这使该技术应用规模有机会扩大到数百万人。

从这个角度说,神经连接公司的商业计划是存在缺陷的,很可能赚不到钱。该公司的大批投资者也将备受煎熬,因为它没有(想象中那么大的)市场。与能够让数百万名患者受益的非侵入式脑机接口相比,侵入式脑机接口最大的问题是适用患者群体很小,主要针对非常严重的瘫痪或其他疾病患者。

神经连接公司是由我的3名学生创立的,他们是优秀的工程师,但没有接受过任何临床培训,对医学并不了解。脑机接口技术真正发展和广泛使用有3个主要原则:安全、有效、可负担。神经连接公司发布的侵入式脑机接口植入范式违背了这3个原则,它不完全安全,植入式设备可能会在大脑中产生炎症反应;其读取传输效率并不能抵消大脑内植入物带来的风险;目前价格也非常昂贵。

《中国科学报》:你为何说马斯克夸大了脑机接口的作用?

尼科莱利斯:马斯克承诺可以用这种脑芯片下载大脑信息,或将知识上传到大脑,这完全是荒谬的,永远不会发生。大脑和电脑的学习方式完全不同。马斯克还声称用它治疗精神分裂症和自闭症,这也是他们(基于其现有技术)做不到的。因为神经连接公司发布的这种芯片只是在记录大脑活动、采样来自大脑的信号,据我所知,还没有任何治疗病症的方法。

最近,神经连接公司声称要通过脑机接口让先天失明的人重见光明。这个想法并非他们原创。从上世纪60年代开始,人们就在视网膜、大脑视觉皮层上做这类尝试,但并未获得成功,这涉及多方面的复杂技术问题。

由此可以看出,人们关注的只是马斯克传递的各种错误表述信息,或者是他自己永远不会兑现的误导性承诺。

《中国科学报》:鉴于人们对脑机接口产生的伦理疑虑,能否解释一下脑机接口概念的核心是什么?

尼科莱利斯:脑机接口最初用于记录患者大脑的一部分运动指令,在临床上帮助人们实现行动的意愿。由于患者不能移动身体,因此可以使用神经指令控制机械臂、机械腿或电脑光标生成运动,而大脑电信号是经典脑机的关键组成部分。

到目前为止,神经连接公司所展示的也是记录大脑活动的芯片,不能用来控制任何人。我担心的是,马斯克对神经科学不了解,围绕这个话题制造了太多幻想,以至于让很多人对这项技术能做什么和不能做什么产生混淆。我担心他会误导公众。他永远无法兑现、信口开河的承诺,可能会对像我这样工作了几十年的严肃人士所创建的整个科学领域造成严重损害。

没有因为手术失去过一只猴子

《中国科学报》:你如何看待《自然》将脑机接口推荐为2024年最值得关注的创新技术之一?

尼科莱利斯:事实上,过去很多年,脑机接口一直是受到关注的前沿技术,包括《科学》在内的很多次报道将我的实验室作为行业典型。早在2001年,在我们发表第一篇脑机接口论文两年后,《麻省理工科技评论》就拜访了我的实验室,将脑机接口列入当年改变世界的“十大突破技术”,那时我的实验室是世界上唯一一个研究脑机接口的实验室。

《中国科学报》:经过23年的发展,现在的脑机接口研究发生了哪些变化?

尼科莱利斯:最初,我们通过老鼠和猴子做实验。现在,我的实验室已经证明可以让多个大脑同时工作,控制一种叫作“共享脑机接口”或“脑联网”的设备,并且已经在人体实现了这一步。我们还创建了“脑-机-脑界面”,大脑可以通过它控制设备,设备也可以直接向大脑传递反馈。所以,研究已经向前推进了几个数量级。

《中国科学报》:2012年以来,你创建并带领实施“重拾行走计划”(WAP)。这个计划成功了吗?有多少患者接受了治疗?

尼科莱利斯:我可以不假思索地确认它是成功的。我们在全球最好的期刊上发表了数百篇论文,让瘫痪了20年的人再次行走。所以,结果非常明显。

综合全球所有相关研究,我们招募了近50名病人,通过不同研究证明了WAP治疗范式的有效性。我们计划扩大这个网络的规模,把康复计划推到更大层面,使其成为“治疗10亿人”(Treat One Billion)项目的基础。

《中国科学报》:为什么提出“治疗10亿人”?

尼科莱利斯:据世界卫生组织统计,全世界约有10亿人罹患大脑紊乱病症。这也是我把这个项目命名为“治疗10亿人”的原因,其长期目标是提供负担得起、安全、有效的神经系统康复疗法。

通过这个项目,我们还希望与神经连接公司形成直接竞争,向公众证明脑机接口技术可以推广至数百万人,而不仅仅是少数人,并且不会让他们受到伤害。

你必须意识到这与神经连接公司的动物实验存在联系。2023年,他们损失了15到17只试图植入设备的猴子,并正在美国接受相关部门的调查,这是一个相当严重和必须解释的事情。这么高的受试动物损失率是我这辈子闻所未闻的。在我的整个职业生涯中,大约曾和30只猴子一起工作,我从来没有因为手术失去过一只,所以,这一相当严肃的事实说明他们的实验质量不过关,神经连接的技术远未达到在人体中实现商业应用的程度。

“治疗10亿人”项目所基于的临床范式不需要脑部植入物,患者也无须承担感染脑膜炎、产生排斥反应、大脑植入探针停止工作等风险。例如,当大脑内探针停止工作时,把它们取走就必须破坏脑组织,这是一个非常大的问题,因为现有探针往往不能持续工作很长时间。

《中国科学报》:美国斯坦福大学教授弗朗西斯·威利特团队在脑机接口临床试验中治疗肌萎缩侧索硬化症(ALS)患者。你了解这项研究吗?

尼科莱利斯:我知道这个团队,团队成员都是非常优秀的科学家,做出了很好的工作。但我仍然认为,只有在少数非常极端的情况下,例如像罹患ALS一样,病人整个身体已经失去所有运动能力,才需要植入脑机接口设备。这是适用于少数情况的做法,因此他们发布的研究只有一名受试患者。

尽管我发明了侵入式脑机接口,并在这方面拥有20年的专利,但我认为,对大多数病人和商业企业来说,非侵入式脑机接口才是未来数年(在医学康复领域大规模商业应用)的发展主流。

商业化时代即将到来

《中国科学报》:可以谈谈当下你在脑机接口领域的工作吗?

尼科莱利斯:我们正在努力实现针对诸如帕金森病、慢性癫痫、中风等各种疾病的无创、高效、负担得起的脑机接口治疗技术,把近40年的动物实验成果转化为临床疗法,惠及更多患者。

《中国科学报》:你认为这一技术是否已经足够付诸实践,进入商业化?

尼科莱利斯:我认为可以。如果马斯克能把现有的植入式脑芯片付诸商业化,我们就能把更安全和高效的技术推向商业化。非侵入式脑机接口不需要手术,通过监管机构的批准也会容易得多。在不久的将来,我们可能会给马斯克带来一些惊喜。

《中国科学报》:当前,脑机接口技术实现大规模商业应用还面临哪些挑战?

尼科莱利斯:肯定会有挑战,但最艰难的时候已经过去了。当前行业的难点在于区分什么是真实的、什么是虚构的,区分谁真的想治疗病人、谁只是通过误导人们赚快钱。从科学角度来说,我们(的脑机接口)已经准备好了(应用),科学家能做到承诺的事情。

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