突破：脑机结合日趋成熟，用意念控制物体不再是妄想

6月16日，2017 人工智能 产业趋势论坛在 大连世界博览广场成功举办。参会嘉宾有： 大连经济和信息化委员会副巡视员班喜光先生，美国杜克大学神经工程研究中心创始人、杜克大学医学院神经生物学教授米格尔·尼克莱利斯先生，微软大中华区首席战略官彭壮壮先生，依图科技医疗副总裁方骢女士，思必驰CMO龙梦竹女士，辛辛那提大学特聘讲座教授、美国国家科学基金会智能维护系统研究中心众人李杰先生，普华永道资深合伙人季瑞华先生，阿里云研究中心主任田丰先生，酷特集团副总裁柳屹立女士，明略数据技术副总裁黄代恒先生，优圣美创始人兼首席科学家Ph·D，Saptho Nair先生。

米格尔·尼克莱利斯， 杜克大学医学院神经生物学教授，围绕脑机接口进行了演讲。以下内容根据演讲速记进行整理（有部分删减）：

米格尔·尼克莱利斯： 我想要讲一下真实的智慧，那就是人的大脑和机器的大脑，如果我们把这个系统拿出来看，它比普通的电脑更强烈，把人类的大脑和机器连接起来，可以发挥更大的潜力，我想先跟大家介绍一下新的机器就是脑机接口，在过去十年之内发展的非常快，就是把人脑和动物的大脑和机器相连接，很有意思的是，当我们把他们连接起来的时候，它是一个非常具有普遍性的领域，18年的研究可以让我们比较泛化的把大脑信号连接到各种机器上，可以跟 机器人 、或者机械的、虚拟的机器相连接，直接用大脑控制一些虚拟的机器。

我会给大家介绍几个脑机接口的例子，并展示我们应该知道，先了解人类的大脑，才能够创造新技术上有大步伐的进展，我想给大家提一个重要的原则，希望大家能够记得的，就是数据系统不可能超越人类大脑。如果我们把人类的大脑和机器连接在一起，却可以带来非常巨大有计算能力的系统，我们要介绍的第一个例子就是猴子。

脑机接口的可行性

我们首先利用猴子来证明了脑机接口的可行性。 我们可以看到，这个猴子可以用杠杆来玩电子游戏，它这样玩的时候，我们记录了猴脑的电活动，并且抽取它大脑里面负责运动的信号，比如控制自己手臂的这个电信号，同时机器的杠杆，利用这个接口学会了自己产生动作。

我们的研究就是让猴子来玩游戏的时候，不用它的手臂去碰杠杆，只是用脑子想。用机器人或者这个机器来控制这个杠杆呢？ 其中一只猴子正在玩电子游戏，它用光标瞄准，瞄准之后就可以喝到橙汁，猴子负责运动的皮层，管手臂运动的皮层里的信号输入到电脑里，用数字把猴脑的信号加载下来到一个机器人的头脑里面，这样把杠杆拿走，把人机接口打开，看看能不能只是用大脑去想，这个光标到哪，就可以打中这个光标。

现在没有杠杆了，它想象手臂做这个动作，用想象来得到结果，这个人机接口可以替它作出这个行动，这样猴子只是发一个大脑的信号，杠杆是机器来操作的，可以真正达到目标。按照这个目标继续玩这个游戏，猴子喝到了橙汁，因为现在猴子的大脑连接到机器的手臂，机器的手臂代替了猴子来实现动作。

它可以想象，我把手臂现在放到了左边或者右边，放到火星上或者其他的星球上，也可以不是杠杆，或者是低空飞行器，或者是卫星或者其他的东西，不仅限于电子游戏，我们大脑是有可塑性的，当它首先训练的时候，使用新工具的时候，可以非常快的形成新结构。

另外一个例子就是大脑的可塑性是多么强，这个例子是我一个同事在杜克大学，做了这样一个红色的红外线的光点，人类的眼睛看不到这个红外线的光点，可以把它移植到动物的大脑里面，把这种输送直接送到动物的大脑里面，也就是说，动物的大脑皮层是能感觉到这种触觉的，就是可以发现有红外线到。

我们能否在动物里面创造第六感，或者天生没有的感觉？

我们创造一个，让它感觉到，这个老鼠在黑色的屋子里面，一旦有红外线进来，从这四个端口中的一个来发出红外线，动物本身天生看不到红外线，通过我们的操作有红外线出来，形成一种触觉，现在动物就可以跟踪红外线了，通过人造的触觉感觉到红外线，可以跟着红外线去走，喝到这个糖水。

我想跟大家介绍的，不仅仅是说红外线表示磁场、X线，或者其他的东西。只要我们把它转变成数字信号，收入到动物的大脑里面，动物的大脑非常具有可塑性，非常容易接受物理的信号来源，哪怕是天生没有的，也能产生一种新的感觉。

结果就是大家可以看到，动物大脑里面的细胞，原来是负责触觉部分的细胞可以感受到红外线了，所以同一类的细胞可以感觉到两种，一个是红色，一种是红外线，细胞的多功能性，在下一个例子也展现了出来。也就是说，需要同样把这个设备，一半把可见光给到动物，另一半把红外线给到动物，一部分是可见光，一部分是红外线的不可见光转变的新的信号，动物可以同时加工这两种信号，以便完成任务。

这个是可见光，另外一个是只有红外线，现在把红外线和可见光结合在一起，要求动物能够完成一个操作，也就是说动物一半用的是可见光的信号，一半用的红外线和触觉信号，动物大脑自动把它们整合在一起。人类走在街上，我们接受不到X光和磁场，我们可以看到不一样的星球，我们利用皮层神经让大脑损伤的病人，能够利用我们脑机接口获得一些康复，原来是医用的，后来用到了其他的领域。

这是一个病人，在脊柱这边有一个病灶，他脊柱坏了，不能动，但是他能产生运动信号。所以这个病人依然用大脑里面运动的信号，直接控制一个新的身体，一个机器的身体，就是外部骨骼，外骨骼可以听从大脑的智慧，让他可以直接行走。

做人类试验之前，先做了一个猴子驾驶的 自动驾驶 车，可以看到这个技术给人类身上一些实践的启示，现在是动物的例子。用一个无线的脑机接口，我们可以在这里面记录二百到三百的神经元，用大脑控制汽车的行走，拿到葡萄吃，我们在屋顶上有摄像机，可以看到猴子能够从三个地方开车过来，来拿到葡萄。这只猴子不知道起始点在哪里，猴子会随机放到三个点当中的一个点，它会想象这个路线，路线在猴子的大脑产生，然后会产生电信号式的自动驾驶车带着猴子走到目的地。

猴子现在用大脑控制车，拿到了一个葡萄，现在我们把它移到另外一个起始点，需要重新设计路线来得到葡萄，这个路线是要走到前面去。你可以看到它身体没有动，它在驾驶车和轮椅的时候完全是靠大脑，利用脑机接口，可以让轮椅带着他去吃葡萄。

脑机结合 技术的应用

我们现在把实验结果开始推广到人类，使人类从这样的技术当中得到受益。

在巴西，我们有这么一个项目，巴西政府邀请我们来承担这样一个项目，2014年巴西举办世界杯，开幕式有这样一个特殊的内容，我们是否在开幕式上展示我们的新技术？是不是可以用新技术来开球？

我们这里面的一个例子，是已经瘫痪十年的年轻小孩，不能动的，我们需要做的就是要做出一个机器的外骨骼，让这个小孩穿上，同样用脑部的想法来控制机器设备，通过人脑和机器进行对接。当然外骨骼主要是集中在他的下肢，大脑成为一个主导者，人脑和机器对话，人脑和机器成为一个完整的整体，这样人就可以走路，而且外骨骼结构可以传回大脑一些相应的信号。我们有诸多的合作者，来自五大洲25个国家。

同时，我们成立了全球的第一个神经科学实验室，我们一直在努力，这是一个中国特色的风格，我们的实验室有不同的地点，美国、巴西等等，我们在技术上是共享和互通的，我们在脑机对接当中的努力是一起进行的。当然，这个技术需要神经科学、计算机科学的共同合作来实现的。

我们在世界杯上设计出最基本的原形，我们叫它“机械战甲”，病人可以穿上它，电脑的CPU就在头甲里面，可以把脑部的信号传递给其他部位，脚部的感知行为可以传递回大脑，可以感知地面压力等各方面信息。我们称之为共享控制，我们的人会有这样的想法，我想走、我想转弯，这是大脑做的决定，下肢的一些机器设备是来听从大脑的指挥，它们具备非常复杂和微妙的功能。这是依据非常细致的计算功能来实现的。我们选了八个病人，有不同长度的瘫痪病例，我们想让他们动起来，同时不想让他们没有恐惧感，我们让他们经历一个循序渐进的训练过程，长达七个月。

首先通过 VR 的方式适应我们的设计，就是在使用他的脑部活动来控制虚拟世界当中的运动球场。 我们通过这样的传感器能够感知到体温、压力的变化，会按在机器人的外层，当机器外结构接触到地面的时候，就会传出和地面接触的信息。我们在这里通过VR眼镜让病人感知到不同的地面。这一个躯体感知的展示，我们把这个设备要套在胳膊上，病人是会感觉到这有一些躯体感觉效果的。

我们就是这样来训练我们的病人，让他们在脑机对接的机器设备相互的互动。比如说大家这是一个模拟的足球场，我们病人第一天使用这个设备，一个已经从胸部往下高度截瘫的病人，是不能够动胸部以下的身体的，也是没有任何感觉的。现在我们用脑机对接设备，我们可以看到他头部头盔部位是有光亮的，说明他脑部的信号正在通过机器传递到身体的其他部位，走的时候可以通过外骨骼结构感知到周围的环境 。

他胳膊上带的就是我说的反应躯体感觉的设备。他现在站了起来，可以控制自己的腿，这是他六年当中第一次开始行走，我们在每一个病人身上都反复进行这样的活动，每一个病人都可以做到。整个的过程当中他们走了几百步，每天两次，一周一百个小时，这个训练量是非常充足的，他非常高兴，这是他近几年第一次能行走，他是一个因为车祸而高度截瘫的病人。

病人在不断的训练，不断的熟悉我们的这套脑机对接设备，他们开始学会了运动，哪怕是他们已经十年截瘫，当时我们看到的这个小孩是超过了十年以上的截瘫病史。如果可以坚持高强度的训练，会发生更加深刻的变化。在这个领域，这是第一次我们向世人展示了通过坚持的训练，脑部的功能是可以进行调整的。脑部和人体肌肉这种关联还可以重新刺激出来的，原来失去的运动功能得到恢复，脑部的功能和肌肉功能的合作也在不断的提升。所以，意味着我们可以实现不适用外骨骼结构也可以行走的目标。

我们把不止一只的猴子放在一起，让它们熟悉立体的操作，我们可以看到两只猴子同时思考的，这只是在虚拟空间里面得到目标的过程，是以非常微小时间内来达到的同步。两个不同动物的大脑，他们完全可以做到协调。在这个实验基础之上，我们尽大可能扩大参与大脑的数量，我们实际上也用人类大脑做了实验，技术上是相通的。

我们的实验和成果将会走出我们的实验室，将会帮助全球更多的人，在将来我们可以用我们的设备来进一步挖掘大脑的潜能，我们可以控制我们的电脑、智能手机等等，只要是我们有可以互动的对象，只要想想就可以操控，这个未来很快就要到来！