正經(jīng)聊一聊腦機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀｜腦科學(xué)開放日

楊凈 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)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(jīng)表明，睡眠不足會(huì)導(dǎo)致許多嚴(yán)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(jù)最新《2021年運(yùn)動(dòng)與睡眠白皮書》顯示，當(dāng)前有超3億人存在睡眠障礙。

那既然自己不行，那就靠點(diǎn)別的——

不吃藥，不傷身、輕便，而且安全。

結(jié)果真就被我找著了。

不是什么還在暢想的黑科技，而是已經(jīng)落地的新產(chǎn)品。

腦機(jī)接口產(chǎn)品助眠？

假設(shè)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?nèi)松艽蟮谋戎睾蜋?quán)重。

北京天壇醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師、北京天壇醫(yī)院睡眠中心主任、博士生導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致白天出現(xiàn)很多問題，比如記憶力減退、情緒不穩(wěn)定，背后其實(shí)都是大腦功能出現(xiàn)了問題。

但在以往醫(yī)學(xué)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(dǎo)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(fù)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(gè)小巧、方便、醫(yī)用級的便攜式設(shè)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(nèi)置可充鋰電池，一次充電可工作9-10小時(shí)。

通過一次性貼片上的柔性干電級，實(shí)時(shí)采集人體腦電波信號。接著根據(jù)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(qiáng)度的聲波。

通過聲波影響腦電波，誘導(dǎo)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(dòng)等睡眠過程中的重要指標(biāo)，多導(dǎo)睡眠儀（PSG）會(huì)整晚進(jìn)行校對。

采集到的數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙的方式傳輸?shù)绞謾C(jī)APP上，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，生成一套睡眠管理方案。睡眠日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)都能可視化呈現(xiàn)。

至于安全性和便攜性，機(jī)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(gè)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(jī)接口公司

實(shí)際上，能將腦科學(xué)與AI做到如此融合的公司并不多見。

腦陸科技，就是一個(gè)，并且是國內(nèi)少有從睡眠切入腦機(jī)產(chǎn)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(jī)接口助眠產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該產(chǎn)品可使平均深睡比例提高30%，清醒到淺睡用時(shí)平均縮短40%。

SleepUp睡眠貼，正是他們第三代睡眠產(chǎn)品。

△腦波檢測儀

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

也就是說，腦陸科技給自己的定位——作為產(chǎn)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(wù)，只占據(jù)了整體業(yè)務(wù)中的20%。

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

就拿記憶增強(qiáng)產(chǎn)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(shí)驗(yàn)階段，主要應(yīng)用于阿爾茲海默癥、認(rèn)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(jī)交互領(lǐng)域的企業(yè)，腦陸科技能如此快速落地，當(dāng)中關(guān)鍵原因——人工智能的推動(dòng)。

并且作為交互終端和落地應(yīng)用的產(chǎn)品，腦機(jī)接口成為new sexy.

Why Now？AI推動(dòng)腦科學(xué)

人工智能與腦科學(xué)之間的關(guān)系，其實(shí)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(gè)字符，速度堪比人類，準(zhǔn)確率超99%。

驚人的打字速度與準(zhǔn)確率，是因?yàn)橥黄菩缘厥褂昧搜h(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

再有清華大學(xué)航天航空學(xué)院院長、神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室主任、清華大學(xué)醫(yī)工交叉研究院院長李路明教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的腦起搏器技術(shù)，他們通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制帕金森患者體內(nèi)植入的刺激器參數(shù)，過程中使用Deepfake來保護(hù)患者隱私。

當(dāng)若是往前回溯，人類對大腦的探索，已經(jīng)有了近百年的歷史。

而腦機(jī)接口相關(guān)的技術(shù)，也走過了近半世紀(jì)。

時(shí)至今日，腦科學(xué)才頻頻爆出顛覆性突破，這與人工智能的進(jìn)場有一定的關(guān)聯(lián)。

探索大腦的奧秘，不僅需要測量、采集的硬件，還需要負(fù)責(zé)處理大量數(shù)據(jù)的算法和軟件。

以前后期處理數(shù)據(jù)的工程十分浩大，現(xiàn)在可以由AI來解決。

而對于未來，美國醫(yī)學(xué)與生物工程院會(huì)士、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系教授高上凱教授認(rèn)為只有將腦科學(xué)與AI兩者結(jié)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(gè)突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。

張鈸：AI理論基礎(chǔ)建立離不開腦科學(xué)

回頭再來看人工智能的定義——

機(jī)器模擬大腦的功能或人類的智能行為，就會(huì)發(fā)現(xiàn)人工智能與腦科學(xué)之間的“糾葛”，其實(shí)從一開始就已經(jīng)注定。

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

這是因?yàn)锳I經(jīng)歷的兩個(gè)階段——

第一代AI-符號主義模型（知識驅(qū)動(dòng)）、第二代AI-連接主義模型（數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)），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(shí)不安全、不可信、不可靠。

于是，AI理論基礎(chǔ)至今沒有建立，一直都在探索之中。

這也成為了清華大學(xué)人工智能研究院院長、腦陸科技首席技術(shù)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(chǔ)？

在腦科學(xué)開放日現(xiàn)場，張鈸院士道出了其中關(guān)鍵。

人工智能的基礎(chǔ)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(yīng)用上看，當(dāng)前的AI技術(shù)只能解決完全信息和結(jié)構(gòu)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(xiàn)出來的隨機(jī)應(yīng)變和舉一反三的能力相去甚遠(yuǎn)。

換句話說，現(xiàn)在的AI技術(shù)只能模擬智能行為，而非智能本身。

人工智能該如何進(jìn)一步發(fā)展？張鈸院士舉了這樣一個(gè)例子。

基于深度學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)為什么表現(xiàn)得脆弱和容受攻擊，原因在于所使用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與大腦實(shí)際的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比過于簡單。

而解決這個(gè)問題的路徑，是向大腦學(xué)習(xí)，構(gòu)建更加復(fù)雜和準(zhǔn)確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，發(fā)展腦啟發(fā)下的計(jì)算（Brain-inspired computing）。

張鈸院士認(rèn)為，發(fā)展第三代人工智能的關(guān)鍵在于與腦科學(xué)研究的結(jié)合。

就拿現(xiàn)如今人工智能屢屢出現(xiàn)的安全問題來說，其實(shí)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(xiàn)在人類研究的也不是很清楚，只知道做法不同。

因此這個(gè)問題要得到最終解決，還是要靠腦科學(xué)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(jī)器，更不可能是人工智能取代人類，而是人機(jī)協(xié)同、人機(jī)共生。

要實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，離不開人類大腦的深度了解。

腦科學(xué)將往何處去？

目前來看，腦科學(xué)依然是一個(gè)前沿又亟待培育的新興領(lǐng)域。

一切才剛剛開始。

基于腦科學(xué)本身，作為一個(gè)新興交叉學(xué)科，甚至連高校都沒有相關(guān)專業(yè)。

而它所涉及的專業(yè)領(lǐng)域，就十分復(fù)雜。

包括神經(jīng)科學(xué)、微電子學(xué)、材料學(xué)、人工智能、電子信息工程、計(jì)算機(jī)等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。

前沿研究者們更多的是聚焦在基礎(chǔ)理論探索階段。

現(xiàn)場參與論壇話題討論的嘉賓高上凱教授，就是腦機(jī)接口領(lǐng)域的全球權(quán)威。

她認(rèn)為腦機(jī)接口之所以迷人，一方面是這種多學(xué)科交叉的挑戰(zhàn)和魅力，另一方面又與前沿技術(shù)應(yīng)用相輔相成。

再從商業(yè)應(yīng)用看，大量產(chǎn)品沒有落地，沒有足夠的產(chǎn)出。

比如，清華大學(xué)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(shù)集研究與落地的先行者之一。

盡管專業(yè)和應(yīng)用起步，但從宏觀看，腦科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域，擁有其他行業(yè)難以具備的無限潛力。

從腦科學(xué)研究內(nèi)容具體拆分，腦科學(xué)包括探索大腦、保護(hù)大腦、利用大腦和學(xué)習(xí)大腦等4個(gè)部分。每一部分，都擁有改變時(shí)代的機(jī)遇。

比如探索大腦，腦機(jī)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(shù)據(jù)運(yùn)用和安全層面。

再比如，學(xué)習(xí)大腦。

作為中國人工智能領(lǐng)域的權(quán)威，張鈸院士認(rèn)為現(xiàn)在AI的瓶頸，本質(zhì)就是我們對腦科學(xué)和腦智能認(rèn)知了解的不足，學(xué)習(xí)大腦正是技術(shù)突破的關(guān)節(jié)要害。

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

這是中國很可能在基礎(chǔ)領(lǐng)域上實(shí)現(xiàn)彎道超車的一個(gè)學(xué)科，所以才有各個(gè)年齡層、各個(gè)學(xué)科的科學(xué)家們匯聚在一起，奮起直追——

在現(xiàn)場采訪中，不管是00后企業(yè)腦機(jī)交互負(fù)責(zé)人講解他們最新計(jì)劃，亦或80后教授感嘆自己沒有選錯(cuò)生物學(xué)。

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

在現(xiàn)場，張鈸院士提到：

創(chuàng)新能力，是我們必須要補(bǔ)足的短板，這其中歸根結(jié)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(diǎn)之一。

唯有引進(jìn)一流人才，才能在創(chuàng)新創(chuàng)造上為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科研提供原動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)0-1的創(chuàng)新。

為此，腦陸科技提供了對應(yīng)的平臺與計(jì)劃，拉到人才，留住人才，團(tuán)隊(duì)目前招收到的博士生也是全國優(yōu)秀的一群年輕人。

時(shí)下因馬斯克光環(huán)，大眾對腦科學(xué)結(jié)合人工智能相關(guān)技術(shù)的認(rèn)知集中在侵入式腦機(jī)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(xué)習(xí)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(guān)AI研究必須與腦科學(xué)結(jié)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(gè)技術(shù)路線，面對日益涌現(xiàn)的競爭者們，腦陸科技似乎都持開放格局。

研究院負(fù)責(zé)人盧樹強(qiáng)更愿意將同行人稱為：行業(yè)推動(dòng)者，他補(bǔ)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(gòu)建的這個(gè)的行業(yè)生態(tài)，才是真正讓腦機(jī)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。