正經聊一聊腦機接口的發(fā)展現狀｜腦科學開放日

楊凈 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

眾所周知，睡眠是維持生命的必需品。

先前的研究已經表明，睡眠不足會導致許多嚴重的疾病，比如……

好，不要說了。

srds（雖然但是），說了那么多次，倒也不是不想睡，是想睡也睡不著啊啊~

據最新《2021年運動與睡眠白皮書》顯示，當前有超3億人存在睡眠障礙。

那既然自己不行，那就靠點別的——

不吃藥，不傷身、輕便，而且安全。

結果真就被我找著了。

不是什么還在暢想的黑科技，而是已經落地的新產品。

腦機接口產品助眠？

假設我們一不小心活到90歲的話，我們大概有30年是在床上度過的。

也就是說，睡眠占我們人生很大的比重和權重。

北京天壇醫(yī)院神經內科主任醫(yī)師、北京天壇醫(yī)院睡眠中心主任、博士生導師王春雪教授，在工作中就遇到很多有著長期睡眠困擾的患者。

他們或是睡不著、睡不醒，亦或是睡不好，會導致白天出現很多問題，比如記憶力減退、情緒不穩(wěn)定，背后其實都是大腦功能出現了問題。

但在以往醫(yī)學中，王春雪教授坦言，并沒有特別方便、快捷、好用還便宜的手段來診斷夜間睡眠疾病。

已有的醫(yī)用多導睡眠儀（PSG），雖是目前睡眠疾病診斷的金判斷手段，但診斷慢、效率低、判圖比較復雜。

因此大部分患者還是依靠更主觀的的方式來診斷疾病。

一個小巧、方便、醫(yī)用級的便攜式設備也就成為了一種剛需。

SleepUp睡眠貼，就在這樣的情況下誕生了。

顧名思義，它就是一種直接往腦門上一貼的腦電睡眠儀。官方定位：醫(yī)用級睡眠儀的可穿戴化。

主要由兩部分組成：一次性貼片和頭帶，內置可充鋰電池，一次充電可工作9-10小時。

通過一次性貼片上的柔性干電級，實時采集人體腦電波信號。接著根據腦電波所處的波段狀態(tài)，用AI算法智能匹配不同頻段和強度的聲波。

通過聲波影響腦電波，誘導大腦由興奮逐步過渡到平靜睡眠的狀態(tài)。

除了腦電波信號之外，它還能監(jiān)測到人體心率、血氧、體動等睡眠過程中的重要指標，多導睡眠儀（PSG）會整晚進行校對。

采集到的數據，通過藍牙的方式傳輸到手機APP上，結合機器學習算法，生成一套睡眠管理方案。睡眠日報、周報、月報都能可視化呈現。

至于安全性和便攜性，機身表層選用醫(yī)療級硅膠，總重僅為38g。

想象一下，大概也就三分之二個雞蛋壓在你的腦門上。而一次性貼片，也僅為1mm厚。

與AI融合的腦機接口公司

實際上，能將腦科學與AI做到如此融合的公司并不多見。

腦陸科技，就是一個，并且是國內少有從睡眠切入腦機產品的公司。

2018年，腦陸科技成立，核心成員均來自哈佛斯坦福、MIT、牛津、清華等知名高校。

同年，他們就推出了初代腦機接口助眠產品。

實驗數據表明，該產品可使平均深睡比例提高30%，清醒到淺睡用時平均縮短40%。

SleepUp睡眠貼，正是他們第三代睡眠產品。

△腦波檢測儀

不過，不同于其他ToC端產品廠商，腦陸科技從一開始就將核心放在底層技術研發(fā)上，然后逐步延伸落地到各行業(yè)產品當中。

也就是說，腦陸科技給自己的定位——作為產業(yè)鏈下游，為B端用戶提供軟硬件一體解決方案。

而to C端業(yè)務，只占據了整體業(yè)務中的20%。

目前，腦陸科技已經形成了自有的產品矩陣：記憶增強產品（醫(yī)療器械方向）、企業(yè)級產品（用于安防、安全生產管理）、精神健康篩查和測量服務、以及娛樂產業(yè)……

就拿記憶增強產品來說，腦陸科技就與宣武醫(yī)院、清華、浙大合作，目前處于臨床實驗階段，主要應用于阿爾茲海默癥、認知障礙病人與需要記憶功能改善的青少年群體。

作為很早一波入局腦機交互領域的企業(yè)，腦陸科技能如此快速落地，當中關鍵原因——人工智能的推動。

并且作為交互終端和落地應用的產品，腦機接口成為new sexy.

Why Now？AI推動腦科學

人工智能與腦科學之間的關系，其實比以往更為緊密。

前不久登上Nature封面的意念打字，截癱患者每分鐘寫90個字符，速度堪比人類，準確率超99%。

驚人的打字速度與準確率，是因為突破性地使用了循環(huán)神經網絡。

再有清華大學航天航空學院院長、神經調控技術國家工程實驗室主任、清華大學醫(yī)工交叉研究院院長李路明教授團隊研發(fā)的腦起搏器技術，他們通過網絡遠程控制帕金森患者體內植入的刺激器參數，過程中使用Deepfake來保護患者隱私。

當若是往前回溯，人類對大腦的探索，已經有了近百年的歷史。

而腦機接口相關的技術，也走過了近半世紀。

時至今日，腦科學才頻頻爆出顛覆性突破，這與人工智能的進場有一定的關聯。

探索大腦的奧秘，不僅需要測量、采集的硬件，還需要負責處理大量數據的算法和軟件。

以前后期處理數據的工程十分浩大，現在可以由AI來解決。

而對于未來，美國醫(yī)學與生物工程院會士、清華大學生物醫(yī)學工程系教授高上凱教授認為只有將腦科學與AI兩者結合起來，才能形成真正的Super Intelligence。

這兩者之間一旦找到合適的方法，充分發(fā)揮人的智能和人工智能優(yōu)勢的話，一定有一個突飛猛進的進步。

張鈸：AI理論基礎建立離不開腦科學

回頭再來看人工智能的定義——

機器模擬大腦的功能或人類的智能行為，就會發(fā)現人工智能與腦科學之間的“糾葛”，其實從一開始就已經注定。

人工智能從1956年發(fā)展至今，遠沒有像信息科技發(fā)展那般迅猛，反而緩慢曲折。

這是因為AI經歷的兩個階段——

第一代AI-符號主義模型（知識驅動）、第二代AI-連接主義模型（數據驅動），要么難以模擬人類的感性行為和與環(huán)境的交互，要么模擬感性行為時不安全、不可信、不可靠。

于是，AI理論基礎至今沒有建立，一直都在探索之中。

這也成為了清華大學人工智能研究院院長、腦陸科技首席技術專家張鈸院士提出“第三代人工智能”的初衷。

既然如此，那該如何建立AI理論基礎？

在腦科學開放日現場，張鈸院士道出了其中關鍵。

人工智能的基礎理論之所以遲遲未能建立起來，根源在于我們對大腦與智能了解得太少。

從應用上看，當前的AI技術只能解決完全信息和結構化環(huán)境下的確定性問題，如語音識別、圖像識別、下圍棋，與人類大腦所表現出來的隨機應變和舉一反三的能力相去甚遠。

換句話說，現在的AI技術只能模擬智能行為，而非智能本身。

人工智能該如何進一步發(fā)展？張鈸院士舉了這樣一個例子。

基于深度學習的人工智能技術為什么表現得脆弱和容受攻擊，原因在于所使用的人工神經網絡模型與大腦實際的神經網絡相比過于簡單。

而解決這個問題的路徑，是向大腦學習，構建更加復雜和準確的神經網絡模型，發(fā)展腦啟發(fā)下的計算（Brain-inspired computing）。

張鈸院士認為，發(fā)展第三代人工智能的關鍵在于與腦科學研究的結合。

就拿現如今人工智能屢屢出現的安全問題來說，其實都源于很多做法與大腦的做法完全不是一碼事。

但大腦是如何做的？現在人類研究的也不是很清楚，只知道做法不同。

因此這個問題要得到最終解決，還是要靠腦科學的研究。

人工智能的未來，既不是簡單的人類制造、控制、利用機器，更不可能是人工智能取代人類，而是人機協同、人機共生。

要實現這一構想，離不開人類大腦的深度了解。

腦科學將往何處去？

目前來看，腦科學依然是一個前沿又亟待培育的新興領域。

一切才剛剛開始。

基于腦科學本身，作為一個新興交叉學科，甚至連高校都沒有相關專業(yè)。

而它所涉及的專業(yè)領域，就十分復雜。

包括神經科學、微電子學、材料學、人工智能、電子信息工程、計算機等各個專業(yè)領域。

前沿研究者們更多的是聚焦在基礎理論探索階段。

現場參與論壇話題討論的嘉賓高上凱教授，就是腦機接口領域的全球權威。

她認為腦機接口之所以迷人，一方面是這種多學科交叉的挑戰(zhàn)和魅力，另一方面又與前沿技術應用相輔相成。

再從商業(yè)應用看，大量產品沒有落地，沒有足夠的產出。

比如，清華大學李路明教授做的腦起搏器，全世界做的只有5家。

腦陸科技是少數集研究與落地的先行者之一。

盡管專業(yè)和應用起步，但從宏觀看，腦科學這個領域，擁有其他行業(yè)難以具備的無限潛力。

從腦科學研究內容具體拆分，腦科學包括探索大腦、保護大腦、利用大腦和學習大腦等4個部分。每一部分，都擁有改變時代的機遇。

比如探索大腦，腦機接口是交互形式的一種，背后配套的算法軟件、芯片硬件，以及數據運用和安全層面。

再比如，學習大腦。

作為中國人工智能領域的權威，張鈸院士認為現在AI的瓶頸，本質就是我們對腦科學和腦智能認知了解的不足，學習大腦正是技術突破的關節(jié)要害。

如果說，神舟12號是大眾肉眼可見的科學突破，那腦科學則是默默無聞的劃時代探索。

這是中國很可能在基礎領域上實現彎道超車的一個學科，所以才有各個年齡層、各個學科的科學家們匯聚在一起，奮起直追——

在現場采訪中，不管是00后企業(yè)腦機交互負責人講解他們最新計劃，亦或80后教授感嘆自己沒有選錯生物學。

人類探索科技前沿進程中，從來沒有容易的事，面對新機會與中國彎道超車的可能，挑戰(zhàn)與「痛點」自然不少。

在現場，張鈸院士提到：

創(chuàng)新能力，是我們必須要補足的短板，這其中歸根結底，是人才培養(yǎng)。

目前中國與國外差距不少，尤其難以培養(yǎng)出出類拔萃的人才。其間，培養(yǎng)人才的環(huán)境條件是亟待解決的核心痛點之一。

唯有引進一流人才，才能在創(chuàng)新創(chuàng)造上為產業(yè)發(fā)展和科研提供原動力，實現0-1的創(chuàng)新。

為此，腦陸科技提供了對應的平臺與計劃，拉到人才，留住人才，團隊目前招收到的博士生也是全國優(yōu)秀的一群年輕人。

時下因馬斯克光環(huán)，大眾對腦科學結合人工智能相關技術的認知集中在侵入式腦機接口上，但這背后涉及大量倫理問題，道德上并不被允許。

加之第三代人工智能算法安全性并不能保證，深度學習原理天生無法規(guī)避掉不安全特征，對于高興、痛苦種種人類情緒，人工智能無法給到明確定義，相對局限——

因此相關AI研究必須與腦科學結合，且采用非侵入式。

方才是行業(yè)真正可以依賴的方向，這也是張鈸院士看好腦陸科技為代表企業(yè)的原因。

但無論哪個技術路線，面對日益涌現的競爭者們，腦陸科技似乎都持開放格局。

研究院負責人盧樹強更愿意將同行人稱為：行業(yè)推動者，他補充道：行業(yè)那么大，哪來那么多競爭？

開放包容又廣納人才，也許，腦陸科技所構建的這個的行業(yè)生態(tài)，才是真正讓腦機接口造福人類，助力中國彎道超車的良好選擇——

我們拭目以待。