摘要：近日，脑机交互与人机共融海河实验室副主任何峰受邀做客天津交通广播（FM106.8）《交广会客厅》栏目。现场，何峰教授与主持人深入交流，耐心回答听众提问，畅谈工作中的思考与感悟；并围绕脑机接口领域展开科普，为听众深入浅出解读相关专业知识。以下为本期节目访谈简要实

近日，脑机交互与人机共融海河实验室副主任何峰受邀做客天津交通广播（FM106.8）《交广会客厅》栏目。现场，何峰教授与主持人深入交流，耐心回答听众提问，畅谈工作中的思考与感悟；并围绕脑机接口领域展开科普，为听众深入浅出解读相关专业知识。以下为本期节目访谈简要实录：

主持人：据央视新闻报道，近期，国家医保局制定新上市药品首发价格机制，新增了100多项与医疗新技术相关的价格项目，基本形成“价格立项与技术创新并行”的格局。其中，神经系统类立项指南统一设立“脑机接口置入费”“脑机接口适配费”等价格项目，脑机接口技术成熟获批进入临床后，可快速进入临床应用并收费。这则新闻给很多人带来了震撼。

在天津，8月24日，由天津大学脑机交互与人机共融海河实验室与天津市环湖医院牵头，联合首都医科大学宣武医院、天坛医院等国内多家顶尖医疗机构，聚焦解决脑积水精准诊疗这一国际性难题，共同启动了全球首个神经重症脑机接口多中心临床试验。据了解，基于脑机接口联合脑脊液循环动力学技术，可以将传统脑积水诊断时间从2至3天缩短到30分钟，同时准确率大幅提升，大大减轻医务人员临床负担及医疗支出。

据介绍，天津市环湖医院与天津大学脑机海河实验室合作，在脑卒中运动康复、癫痫精准诊疗、神经调控与认知功能康复、儿童脑瘫精准治疗等领域，已经服务数百位患者，取得了多项突破性研究成果，联合建立的全国首个脑机接口综合临床试验病区也将于今年10月正式开放。

脑机接口有多神奇？这项技术是怎么实现的？今天我们也来详细了解一下。 介绍一下今天的嘉宾：何峰教授，博士生导师，天津大学医学院医学科学与工程学院院长，脑机交互与人机共融海河实验室副主任，国家级科技创新重大项目首席科学家。

非常荣幸请到何峰教授做客交通广播直播间。科幻电影里的场景究竟是怎么一步步走入到现实当中的？我们也请何峰教授给大家做个科普。我们先从近的说起。您能否给我们介绍几个，运用脑机接口技术进行治疗的具体案例？

何峰：尽管我们一再强调脑机接口技术还是一项有待发展、完善的技术。但前期的一些研究成果已经相对比较成熟可靠了，尤其是在临床上的一些应用。比如我们刚才说到的天津大学从2014年起推出的“神工系列”，目前已经迭代到了第三代产品。我们在临床上已经累计了3000多例病例，帮助了很多卒中的患者恢复其运动功能，取得了很好的效果。此外，我们还可以利用脑机接口技术来进行抑郁症患者的诊断和治疗、人工耳蜗植入康复效果的评价等等。如果大家关注新闻，就在上周日，由我们的刘秀云教授牵头，刚刚启动了神经重症脑机接口脑积水诊疗系统的临床试验。

天津大学脑机海河实验室团队主要侧重的是无创脑机接口技术，也就是非侵入式的。当然，国内目前在侵入式脑机接口方面，也有很多不错的成果，比如浙江大学、清华大学近几年都相继推出了侵入式和半侵入式的方案，并且也都正在进行临床试验。

主持人：真的是非常神奇，能否给大家简单科普一下脑机接口技术的工作原理？

何峰：脑机接口是一种直接建立在大脑与计算机之间的通讯接口。我们知道，细胞是包括人在内的绝大多数生物结构和功能的基本单位，细胞的活动伴随着电信号的产生，我们的神经传导、肌肉收缩、心脏的跳动等等，都依赖于生物电信号的驱动。因此可以说，生物电信号的产生和传导，是生命活动最基本的特征之一。那么从逻辑上，我们也可以反过来说，对生物电信号的观测，为生命活动和脏器功能的评价提供了一个绝佳的可以看得见、可以定量测量的工具。比如，我们在日常生活中接触最多的可能就是心电，我们可以通过心电图进行心律失常、心肌缺血等常见心脏病的诊断。

同样，大脑的每一种思维活动都对应着一种特定的神经活动模式，这种活动模式可以通过神经信号反映出来。因此我们可以通过解码神经信号中所蕴藏的特定神经活动模式，来识别大脑的意图，进而实现与外界环境的交流，这就是脑机接口基本原理。如果我们的中枢神经系统受损的话，我们就可以通过这种方式，来实现中枢神经系统的修复、替代、补充、增强。

对于正常人来说，我们也可以通过这种方法来直接读取大脑的意图，然后转化为控制机器的指令，实现思想与外物互联互通，也就是我们说的“用意念控制机器”。

主持人：非侵入式、侵入式和半侵入式都有什么差别？

何峰：侵入式BCI通过开颅或者微创手术的方式，将电极植入颅内，从而获得高空间分辨率的皮质内神经信号，信号的质量较高。其中，最为人们所知的就是马斯克的Neuralink公司的植入式电极芯片技术。但有创的方式毕竟是向大脑中植入一个异物，因此，很难被普通的健康人所接受，一般只用于必需的患者。此外，它还存在着有感染、人体排异等一系列潜在的风险。

非侵入式BCI通过佩戴一个形似游泳帽的脑电极帽，从头皮采集脑电，或者是脑磁、脑血氧、脑血流等信息，具有安全、无创、低成本、可监测大规模神经活动的优势。其缺点是：由于是从脑外采用一种“隔墙有耳”的方式来窥探脑内的信息，因此获得的信号质量较差，并且受周围环境的干扰较大，且空间分辨率较低。

半侵入式脑机接口介于侵入式和非侵入式之间，其核心特征是将设备植入颅骨内但不穿透脑实质，通常置于硬脑膜外或硬脑膜下，直接接触大脑皮层表面。其信号质量能接近有创技术，但总体来说，还是一种有创的方式。

主持人：不同类型的脑机接口各自都有哪些应用领域？

何峰：刚才说到侵入式、半侵入式脑机接口采集到的信号质量较好，因此常用于重度残疾病人如脊髓损伤、瘫痪的病人，帮助其实现精细的运动控制，如机械臂抓取、光标移动等。再有就是用于动物实验，进行科研级的神经机制的探索。

而非侵入式脑机接口，由于是无创无害的，可以长时间佩戴，因此其适用性更广泛。除了在医疗上用于中风病人的康复训练、抑郁症的神经反馈治疗等，也可用于教育、游戏、智能家居等领域，还包括国防等重大需求。

主持人：目前国内外都有哪些比较先进的研究成果？

何峰：脑机接口的概念是1973年提出的。但是直到上世纪90年代的后期，才开始有一些阶段性的成果出现。

1998年，埃默里大学的菲利普·肯尼迪（Philip Kennedy）首次将脑机接口装备植入人体内，实现了人脑对电脑光标的远程控制，这项技术为大脑之门（Brain Gate），是BCI研究的一大里程碑。

2000年，杜克大学的米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）从猴子大脑皮层成功获取的脑电信号实时控制千里之外的机器人，真正实现了“Monkey Think，Robot Do”，标志着人类向可控性假肢迈出的第一步。

2014年，尼科莱利斯设计了首款脑控外骨骼“Bra-Santos Dumont”。在当年的巴西世界杯上，一位身披“机械战甲”的截瘫少年用意念开出了第一球。尼科莱利斯还写了一本非常有意思的科普读物，叫作《脑机穿越：脑机接口改变人类未来》，如果大家有兴趣的话可以去读一读这本书。

也就是在2014年同一年，天津大学脑机海河实验室团队推出了全球首台“纯意念控制”的全肢体中风康复人工神经机器人系统——神工一号（神工-神机）。至今，我们还保持着无创脑机接口编解码关键技术创造三项世界纪录：0.5μV最微弱的脑电的识别、420bits/min最快传输率以及216指令的最大指令集。

再有就是2019年的时候埃隆·马斯克的Neuralink公司开发的称为“神经蕾丝”的脑机接口技术，可以在大脑中植入硬币大小的芯片，来实现意念的控制。尽管这项技术到目前为止还有很多有待改进之处，但它的出现，客观上促进了脑机接口技术走进了大众的视野，开始为人们所关注。

主持人：生物医学工程，与脑机接口还是有一定距离的。最初怎么想到要开展进行脑机接口研究的？

何峰：先有了脑机接口的概念，后有了很多科幻电影以脑机接口作为素材。比如，我们开始提到的《黑客帝国》，第一部拍摄于1999年，而我们刚说到，1998年的时候，埃默里大学的菲利普·肯尼迪首次将脑机接口装备植入了人体内，当然，这也可能只是一个时间上的巧合。

从时间上来看，早在1924年，德国神经学家汉斯·伯格就首次记录到了人的脑电现象；1969年，美国神经学家埃伯哈德·费兹(Eberhard Fetz)将猴子大脑中的一个神经元连接到仪表盘。当神经元被触发的时候，仪表盘的指针会转动，完成了人类历史上第一个真正的脑机接口实验。1973年，加州大学洛杉矶分校计算机科学家雅克·维达尔（Jacques J. Vidal）率先使用了“脑机接口”一词来形容一个可以将脑电信号转化为计算机控制信号的系统。

所以我们看，科学的发展有时候比科幻电影更超前，更有想象力。

主持人：脑机接口，听起来就非常复杂，既需要特别懂医学，还要特别懂计算机，还有其他的尖端学科。您的团队是怎么组建的？大家怎么来开展攻关？

何峰：其实，“脑机接口”本身是一个很朴素的词。但是，当提到脑机接口的应用，比如说“意念打字”“脑控无人机”的时候，就给人一种很玄幻的感觉。这主要是因为我们中国人从小就接受仙侠、神怪故事的熏陶，所以一提到“意念”，就不自觉地想到“隔空取物”“御剑飞行”这些场景。实际上，这是两码事。举例来说，我能不能通过脑机接口用意念控制这个话筒自己飞到我手里？我可以很负责任地告诉大家，这肯定不可能。

意图能不能被我们直接读取呢？这个在一开始我们已经说过了，意图对应着神经活动、神经活动可以通过神经信号比如脑电信号反映出来，而电信号是可以采集的。通过信号采集→特征提取→模式识别等一系列处理，就能还原出我们的意图。所以，脑机接口技术是完全可能的。

脑机接口是一个医工结合的学科，既要了解计算机，也要有关于大脑的医学知识。具体来说，我们大脑的结构非常复杂。人脑大约有860亿个神经元。如果把我们的大脑皮层像一张纸一样完全展平，它的面积大约相当于一张报纸（约 0.2 - 0.25 平方米）的大小。显然我们颅腔的空间有限，无法容纳一个那么大的平滑大脑。所以大脑演化出了褶皱，形成沟壑，依靠这些沟壑也对大脑进行了分区，解剖学上有“三沟五叶”之说。也就是比较大的三条脑沟：中央沟、外侧沟、顶枕沟将大脑分为了额叶、顶叶、颞叶、枕叶及岛叶。再往细分，比如说，中央沟之外还有中央前沟和中央后沟，中央前沟和中央沟之间的隆起就是中央前回等等。

不同的脑叶承担着不同的功能任务，包含着不同的功能中枢。比如额叶负责推理、决策等高级认知功能、运动控制等；顶叶负责体感：我们的触觉、疼痛等感觉，还有空间的感知；我们的视觉中枢在枕叶，听觉的处理在颞叶等等。

主持人：可否举几个例子，最难的是哪个，最后怎么攻克的，中间经历了什么曲折？有没有特别挫败的时候？

何峰：脑电采集技术和心电采集技术几乎是同时出现的，但脑电的采集要比心电难得多。一方面，脑电的信号更弱，需要更加精密的采集系统，比如说高分辨率的模数转换器，低噪声的运算放大器等等，这些都是90年代以后才逐步出现的。再有就是脑电不像心电一样，有一个非常有特点的波形，脑电信号是杂乱无章的，一开始的时候，你甚至都不确定采到的是不是脑电？也是经历了长时间的探索，看了大量的文献，学习人家的实验范式，再逐步改进，摸索出我们自己的范式。包括作为基础的动物实验，最早都是工科生，没有会做动物实验的人。所以我们又引进了相关的老师。至今，我们已经形成了一个从基础研究到采集硬件到软件开发到系统集成到临床应用的全技术链条。

主持人：8月7日，工业和信息化部、国家发展改革委、教育部、国家卫生健康委等七部门联合印发《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》。《意见》提出，到2027年，我国脑机接口关键技术取得突破，初步建立先进的技术体系、产业体系和标准体系。脑机接口产品加快应用，产业规模不断壮大，打造2至3个产业发展集聚区，开拓一批新场景、新模式、新业态。到2030年，脑机接口产业创新能力显著提升，形成安全可靠的产业体系，构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力迈入世界前列。这是您和您的团队期盼的消息吗？会带来怎样的影响？

天津大学未来技术学院去年开始，开设了全国首个脑机接口专业。我相信广大学生家长也特别关注，能不能给我们详细介绍一下：这个专业有什么特点？目前会开设哪些课程？招生热度怎么样？

何峰：脑机接口是一项面向未来的颠覆式的人机交互技术，是实现生物智能与机器智能融合的关键。未来将覆盖国防、医疗、教育、电子、通讯、人工智能诸多领域，是一个典型的覆盖四个面向的“新质生产力”代表，预计未来的市场规模将逾万亿美元，因此世界主要大国都在前瞻部署脑机接口未来科技与未来产业，试图抢占新领域、新赛道的发展先机。预计2030年，脑机接口领域的人才缺口将达到20万人。

所以从前年开始，天津大学率先依托未来技术学院，开设了生物医学工程专业——脑机接口方向。已经招收了两届学生，学生报名非常踊跃，也非常优秀。今年我们正式经教育部批准，开设了全国首个脑机接口专业。脑机接口专业将汇集我们医学部四个学院以及微电子学院、智能与计算学部、自动化学院、机械学院、理学院等学院的力量，进行多学院跨学科的人才培养。我们将采用项目式教学、“1+2+N”本研贯通式培养模式，来培养医理工交叉的高端复合型人才。

天津大学是我国第一所现代大学，今年是我们建校130年的校庆，我们有深厚的人才培养的底蕴和积淀。不论是传统工科还是新工科，天大都处于国内领先的地位。我们有全国最早的生物医学工程之一，创建了全国首个智能医学工程专业，拥有先进医用材料与医疗器械全国重点实验室，脑机交互与人机共融海河实验室，我们有世界上最大的脑机接口专利池，刚才说过我们保持了无创脑机接口的三项世界纪录，我们还有世界上首款脑机接口编解码专用芯片“脑语者”，我们先后开发了神工系列的产品，深入开展产学研医的合作。这些都是天津大学的优势。

主持人：有观众提问，电影里那种想学什么就一键输入的，未来有可能吗？

何峰：在未来是有可能实现的。但从目前的技术进展来看，要实现这一目标，还有很远的路要走。首先我们对大脑的理解还远远不够。记忆到底是什么？它的物理基础是什么？这些还都是未解之谜。既然我们连记忆是如何存储在大脑里的都没有完全搞清楚，那么写入记忆就更无从谈起了。

如果说知识的直接输入目前还很难实现的话，另一种“加速学习”的方式在十年二十年内或可实现。那就是通过神经调控的方法来精准刺激大脑的相应部位，使大脑处于一种“超强学习状态”从而加速记忆、加深理解。这种经颅磁刺激、电刺激的技术，目前已经有了雏形。

主持人：就这个问题我们也想问问：未来，脑机接口的应用，还会拓展到哪些领域？

何峰：脑机接口的实质是一项人和机器之间信息交互的技术。就像我们现在操控电脑需要使用键盘和鼠标一样。但是，键盘和鼠标的带宽十分有限。比如说，我们敲键盘的速度不过一分钟一百多字。或许有听众说，我们可以使用语音来控制，但实际上，我们说话的速度也不过一分钟一两百字而已。与之相比，我们的互联网，机器与机器之间的通讯速度，已经达到了千兆的级别，也就是可以一秒钟上百亿个比特。而人与机器的交流，以及人与人的交流，不论是说话、手写还是敲键盘，只能达到每秒几百比特而已。

认识到这种差距之后，我们才能明白为什么脑机接口突然就火了起来，这是因为随着人工智能爆发式的发展，人类的智能要想与人工智能齐头并进，人机之间的通讯已经成了必须要突破的瓶颈。这才是脑机接口真正要去实现的目标。只不过现阶段脑机接口的技术还处于初级阶段，性能还远不尽如人意，所以目前还只是用在医疗上，去帮助那些不得不借助这项技术的人们。

一旦脑机接口真的达到了“心想事成”这样的效果，它将彻底颠覆我们现有的生活方式。类似于汽车的出现颠覆了人们的出行方式，使地球成为了地球村；互联网的出现改变了人们的认知方式，真正实现了秀才不出门，能知天下事。而脑机接口，作为人机交互的终极方式，它所带来的改变将远远超过前两者，可以渗透到几乎所有的领域。

举个简单的例子——智能家居。当你下班回到家以后，脑机接口能够感知你的情绪，然后为你匹配符合你心情的音乐。当你感觉有些冷的时候，它能感知你的体感状态，自动为你调节空调的温度，这些都是我们目前靠遥控器或语音单向输出的智能家居达不到的。

主持人：近期，脑机接口领域得到了更多的关注，媒体流量和产业投资都在上升，您建议社会公众应该怎么看待脑机接口？

何峰：脑机接口技术诞生至今已经50多年了。现有技术已能够解决某些特定场景的应用问题，目前我们至少已经在医疗领域看到了它巨大的应用前景：让瘫痪患者重新站起来、让盲人重见光明，这些都是刚需。它给我们一些传统意义上无药可治的“绝症”带来了希望。因此，当前脑机接口技术和产业发展正处于一个关键的窗口期。技术产业化势在必行。但是我们也要看到，大多数脑机接口技术仍处于中低成熟阶段。也就是说，目前产业的主导力量还是研发而非大规模生产。还远未形成一个拥有成熟产品、稳定市场和大量公众参与的成熟产业，也就更谈不上出现真正的“经济泡沫”。

脑机接口产业真正的风险不在于“泡沫破裂”，而在于技术突破不及预期，导致公众和资本失去耐心，使得整个行业发展步伐放缓。

主持人：感谢何峰教授深入浅出地解读，让我们对脑机接口技术有了大致的了解，同时也对这项技术充满了期待。也祝愿您和您的团队，不断攻坚克难，取得更多的成果！

让瘫痪者行走、让失语者“说话”、让盲人“复明”……这些不可思议的医学奇迹，或许在不久的未来，将以普通人完全可以承受的低廉价格，在中国率先实现普及。

未来，脑机接口的应用场景还将逐渐拓展到航天、工业、生活等多个领域。例如，在航天领域，脑机接口可以帮助宇航员更高效地操控设备；在工业场景中，工人可以通过意念远程控制机械；在日常生活中，普通人或许能够通过脑机接口实现“脑控家居”。脑机接口打破了传统交互的生理限制，让人类能够探索更广阔的认知与能力边界。

今天的节目就到这里，再次感谢何峰教授做客《交广会客厅》。

来源：天津高新