“脑机接口之父”尼科莱利斯为何离开学界,加入中国初创企业

发布时间:2021-12-30 15:22    发布者:eechina
关键词: 脑机接口 , BrainCo , 强脑 , Nicolelis
来源: 澎湃新闻  

“脑机接口之父”米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)宣布加入中国非侵入式脑机接口公司BrainCo(强脑科技)任首席科学顾问。米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)是脑机接口领域的学术奠基人,法国科学院和巴西科学院院士,曾被《科学美国人》评为全球最具影响力的20位科学家之一。

作为脑机接口领域的开创者,尼科莱利斯培养了数百位脑机接口领域的专家,其中也包括了伊隆·马斯克(Elon Musk)的Neuralink脑机接口公司的联合创始人,前CEO马克斯·霍达克(Max Hodak)。

尼科莱利斯是在近日举行的“脑机时代在中国”高峰论坛上宣布这一决定的。

脑机接口,即大脑与机器相连的接口,它在大脑与外部设备之间建立了一个能够直接传送信号的通路,从而实现脑与设备的信息交换。脑机接口技术是人工智能的下一代技术,是人工智能和人类智能相结合的融合智能。

谈到为何在学术界研究了40年后离开,尼科莱利斯说道,“几年前,世界卫生组织提到世界上七分之一的人都患有某种类型的脑部疾病。那时,我和我所在大学的管理者说,我有一个宏大的愿景,想把脑机接口带到整个世界,治疗十亿人,这也基本上就是全球全部的患有某种脑部疾病的人数。然而令我惊讶的是,我的团队告诉我,对学术界来说,这个愿景太大了,对一个大学来说,这个愿景也太大了。那时候,我知道我的学术生涯可能已经结束了。”

“因为如果我不能在大学里做我想做的事,我必须另外找个办法达成我的梦想,”米格尔继续说道。于是今年七月,尼科莱利斯决定成为杜克大学的名誉教授,离开学术界真正去实践“我的想法,我的计划,我的梦想,把脑机接口带到全世界,并尝试制造神经义体设备”。

尼科莱利斯自信地说,“从现在起,我人生的格言就是这个了:治疗十亿人。”

而正在尼科莱利斯决定离开学术界时,BrainCo强脑科技(下称“BrainCo”)创始人兼CEO韩璧丞联系到他并希望其成为BrainCo的首席科学顾问,于是就有了之后的故事。

说到当时的决定,尼科莱利斯说道,“让我高兴和惊讶的是,我发现我和BrainCo有着相同的愿景、共同的梦想——实现治疗十亿人的共同目标。这就是为什么我接受邀请成为该公司首席科学顾问的原因。”

韩璧丞在“脑机时代在中国”高峰论坛上也说到这一段,“米格尔教授的加入,将对BrainCo的技术视野产生强大的推动力,BrainCo也会随着和教授的深度合作,在康复、睡眠、教育等诸多领域探索脑机接口的应用落地,帮助更多人开启生命的可能性。”

BrainCo创立于2015年,创始团队是首家入选哈佛大学创新实验室(Harvard Innovation Lab)的华人团队,致力于成为全球领先的非侵入式脑机接口技术解决方案供应商。

目前,根据脑电信号的获取方式,脑机接口技术主要可分为“侵入式”和“非侵入式”两种,分别对应不同的使用场景。埃隆·马斯克投资的Neuralink是侵入式的代表,优点在于可以精准监测脑信号,多用于帮助基本丧失能力的患者实现义肢器械操作,缺点是开颅手术风险大,适用面小。

非侵入式脑机接口的优点则在于只需要通过相关设备对大脑皮层的表面信号进行分析,能够直接进行采集和处理信号,不需要外科手术的介入,更易被应用于能实时监测脑电波状态的可穿戴设备中,实现辅助功能,并投入到教育等消费级领域。

韩璧丞介绍,到目前为止,全世界真正下决心做脑机接口并且募资超过2亿美金以上的企业,一家是尼科莱利斯教授的学生马克斯·霍达克(Max Hodak)任联合创始人的Neuralink,另一家就是BrainCo。Neuralink专注侵入式脑机接口技术,探索帕金森、重度瘫痪等疾病的治疗;而BrainCo更关注非侵入式脑机接口技术的真实世界应用,聚焦在教育、医疗、大健康和人机交互产业。

“未来,BrainCo将与尼科莱利斯一起持续投入脑机接口技术底层研发,从人才和资源两方面推动脑机接口核心技术的突破,”韩璧丞简单介绍了接下来的合作方向。

除了尼科莱利斯宣布重磅消息之外,当天论坛上,外交部原部长李肇星,中国科学院院士、复旦大学教授、脑科学研究院学术委员会主任杨雄里,清华大学智能产业研究院院长、中国工程院外籍院士张亚勤,上海医学会会长、上海中医药大学校长徐建光,中华医学会呼吸病学分会主任委员、上海交通大学医学院附属瑞金医院党委书记瞿介明,上海交通大学医学院附属瑞金医院脑机接口及神经调控中心共同主任吕宝粮教授、孙伯民教授以及上海市政协委员、复旦大学附属华山医院中西医结合科主任、复旦大学中西医结合研究院院长董竞成教授等专家学者也共同探讨脑机接口技术在医疗领域的应用成果及未来前景。

杨雄里在现场谈到,除了目前脑机接口科技探索的两个方向:实现大脑指挥机器活动;或者反过来,机器的信息传递到大脑,训练和帮助大脑工作之外,还应努力运用脑机接口技术探索和研究人类大脑的高级功能,比如思维、语言、情绪等,从而实现对大脑这一超复杂系统更为深入的理解,解决更多的人类面临的现实问题。

那么非侵入式脑机接口技术当下可以做到什么程度?

作为非侵入式脑机接口技术路线的代表性公司,BrainCo可作为了解这个领域最新进展的一个观察点。在此次高峰论坛上,BrainCo发布了非侵入式脑机接口技术应用的三项最新成果:BrainRobotics智能仿生腿、应用于元宇宙的神经接口平台以及与中国康复研究中心国家孤独症康复研究中心联合的“孤独症儿童可穿戴脑电波康复系统研发”项目的临床终期结果。

脑控智能仿生腿背后原理:肌电神经电信号采集与AI准确反应

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在论坛现场,体验官林韵戴着BrainCo新发布的智能仿生腿与舞伴一起完成了开场舞探戈。

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林韵在中考完的第三天失去了右腿,此前没多久他以体育成绩全市前三被重点高中提前录取。那天,他看到自家的牛钻进甘蔗地,着急跑到了本以为已废弃的近15米高压电塔上。然而当时高压电塔已经通电,他全身灼伤从高处摔下失去了右腿。

此前林韵佩戴过传统的膝关节以上的假肢,但实际上很难控制容易摔倒,走路时像是拖着机器在走,只能作为一个支撑工具完成简单的弯曲动作。

在现场协助林韵完成这曲探戈的BrainRobotics智能仿生腿通过采集残肢末端的肌电神经电信号,用深度学习的算法来还原残疾人的运动意图,根据环境和肌肉的情况进行实时步态调整,实现高仿生体验。

现场播放的演示片中,在林韵踩在沙地上打滑快要摔倒时,他的肌肉状态会忽然绷紧,这个时候仿生智能腿通过分析肌电信号快速识别要摔倒的状态,即会马上发出指令给用户支撑,整个过程只需要0.1秒。据介绍,这与人腿走路的反应时间相一致基本察觉不到延迟,其对不同动作准确度的判断可以达到98%。

“要实现快速且准确的判断,BrainRobotics智能仿生腿需要在1秒内采集最大2万个肌电神经电数据点,并识别出意图,才能读懂使用者意图,”BrainCo相关负责人介绍道。

具体看背后的原理,如果在走路过程中突然弯曲膝关节想坐下,相关肌肉区域产生的肌电神经电信号的强度就会明显增大,再结合物理传感器收集路况行走的信息,包括角速度、动作加速度等等,通过输入深度神经网络进行训练,最后就实现了0.1秒内的准确判断。

这个技术背后是一个长达五年的故事。

2014年,韩璧丞进入哈佛脑科学中心成为一名博士生,开始搭建BrainCo的团队。

当时,团队中有一位来自麻省理工的实习生,因实验室事故失去右手。韩璧丞回忆,正是这位同学提出,“不如我们做一只可以用大脑控制的手,可以像我原来自己的手一样控制,那该多好。”

韩璧丞介绍,之前的脑机接口研究虽然做过机械臂控制研究,但采用的都是侵入式的方案,必须要在患者头上做手术,才能够实现对于机械臂的控制。而非侵入式的解决方案根本没有任何的行业对标产品。

这件事情非常困难。手是人体最精密的器官,手臂上有大大小小34条不同的肌肉。要实现上述目标需要以非侵入式的方式准确捕捉到每一条肌肉所传导的意识信号,并且将它还原为原本的工作意图。

但这个目标背后的意义显而易见。“在中国,肢体残疾的残障人士有2472万,其中约有300万是上肢残疾,他们最大的愿望就是像正常人一样生活,”韩璧丞说道。

然而现状是,中国肢体残障人士的假肢的使用率非常低,各种形式的假肢都算上,可能还不到1%的使用率,主要原因是动辄几十万的价格令残障人士难以负担。

历时5年,从前期的技术积累到一代一代的试用、反馈、迭代,BrainCo在2019年发布了全世界第一款可以用大脑控制每根手指的机械义肢产品——BrainRobotics智能仿生手。“我们最后终于把这样假肢的价格降到了同类型产品的五分之一,让更多的残疾朋友可以承受,”韩璧丞对澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)说道。

论坛现场,左臂残疾的古月在学习钢琴的第30天戴着BrainRobotics智能仿生手弹奏了一曲《我和我的祖国》。

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“大学毕业后因为一场意外,我失去了左手。一次偶然的机会,我接触到了脑控智能仿生手......它带给我很大的安抚作用。现在我可以轻松搬起一个箱子,像过去一样拧开水瓶盖喝水、撕开包装袋、系鞋带等等。我不再介意别人谈论起我的手,现在的我觉得自己更像一个普通人,”古月讲述道。

BrainRobotics智能仿生手在发布当年即得到广泛关注,获评《时代》杂志2019年度百大最佳发明,并登上杂志封面。

元宇宙入口:神经接口平台

2021年10月,Facebook更名Meta 是“元宇宙热”的标志性事件。

事实上,Facebook对元宇宙的布局早在多年前就开始了,且已经收购了至少两家公司。其中较为人知的是2014年Facebook以20亿美金收购VR头戴设备公司Oculus,而另一家较为神秘的,则是在2019年以外传10亿美金价格收购脑机接口公司CTRL-Labs。

CTRL-Labs的产品基本上可以概括为,可套在手臂上采集肌电神经电信号的臂环设备。通过它,能够将现实生活中真实的交互动作投射到虚拟世界中。也就是说,这是实现扎克伯格版本的元宇宙人机交互环节的关键设备。

什么是元宇宙?其实可以将它理解为一个数字化的平行宇宙,元宇宙不可能为一家企业所垄断。因此,无论如何构建元宇宙,都不可能继续通过鼠标键盘去感受元宇宙,入口是回避不开的话题。

此次论坛上,BrainCo公开了一款神经接口智能互动设备作为元宇宙的入口级产品,未来可为各类元宇宙方向的科技企业提供底层技术输出。

“元宇宙的建立,不可或缺的是对人机交互方式的变革。在PC时代,通过键盘和鼠标进行人机交互,而后又出现了多点触摸、手势控制AI技术的崛起;每次人机交互的变革都是从以机器为中心,逐渐迈向以人为中心的自然交互,而人机交互的终极形态应该是人类本能的交互,”BrainCo相关负责人介绍道。

人的肌肉不管是在松弛状态下还是在运动状态下,都会产生十分微弱的电信号。BrainCo搭建了一套将传感器硬件和信号处理算法相结合的系统,可以精确地采集到这个信号,并且通过这个信号准确地识别到人的动作意图。

发布会现场,工作人员演示了手势识别、隔空拼图、隔空打字等功能,通过这一平台,可以将现实生活中真实的交互动作投射到虚拟世界中,可以做的比鼠标和键盘更多,打破了二维世界里对场地和空间的束缚,进入到三维世界的交互。

脑机接口的向内神经调控:自闭症“脱帽”与大脑训练

“脑机接口的应用一共分成两种形式,一种是对内的神经调控,一种是与外界互动的,比如用大脑控制机器,”韩璧丞认为。

以此界定,BrainRobotics智能仿生手和在此次发布会上初次亮相的智能仿生腿、神经接口平台都属于利用大脑控制外界,与外界互动的延伸工具。

另一个发展方向,则是通过对大脑的反馈和调整,探索对自闭症等大脑相关疾患干预的数字疗法。

在论坛现场,BrainCo资深科学家、自闭症事业部主任杨锦陈博士发布了世界上首款采用了人工智能神经反馈训练技术的自闭症干预产品——开星果(StarKids)社交力与注意力康复系统的临床实验结果。

在各地儿童康复机构合作进行的研究中,通过将经临床验证的神经反馈训练应用于自闭症儿童教育干预和居家训练中,患儿社交脑功能指数显著提高,自闭症专项评估量表PEP-3统计显著改善。

“该成果已经让部分患儿接近‘脱帽’,所谓‘脱帽’就是被医院诊断为正常孩子。医院对此也十分震惊,因为自闭症很难被治愈,但是通过脑机技术的神经反馈训练,可以让这些孩子更愿意和人沟通,”韩璧丞介绍道。

2020年6月份,美国FDA批准首款数字药物,这是一种儿童多动症使用的处方游戏,开启了脑疾病数字药物的新纪元。

据介绍,接下来BrainCo会继续和权威的儿童康复研究机构合作,做多中心大样本真实世界的观察,继续完善中国首款自闭症数字药物。

数百万年来,为了不断适应发展的社会环境,人类的身体和大脑其实一直在发生着巨大的变化。然而身处其中,我们对于进化的感知则是微乎其微的。韩璧丞提出,那么我们有没有可能主动地加速这个进程,推动我们自己大脑的进化呢?

1960年开始,NASA开始用神经反馈训练训练宇航员,因为他们在太空执行任务的时候需要高强度、长时间的集中注意力,来保证任务执行的高效准确。

“神经反馈训练是科学有效的大脑训练方式”,韩璧丞解释,“就像是给大脑请了一个私人教练,比起训练肌肉的爆发力、持久力,神经反馈训练让我们掌握的是对大脑状态的控制能力,在需要的时候轻松的放松下来或是集中起来,并且能够稳定的保持在某一个状态”。

但传统的脑电训练设备庞大而复杂,如果想脑机接口这项技术在更多场景应用,就要首先解决大小的问题。这不仅仅是把一个复杂设备做小,做便携那么简单。如何在便携化,小型化的同时保证信号的精准度,并能够产生准确、可用的结果,则需要在多个方面取得技术突破。

要实现脑电精准采集和便携化,首先要在电极材料上做革新,解决生物电信号大规模采集难点与便携式生物电采集设备噪声处理难点,提升微型设备信号采集准确率,使得设备信号采样精度媲美医疗级脑电检测设备。除了硬件和材料的突破,还需要电信号人工智能的算法。

最近几年来,以马斯克的Neuralink为代表的侵入式脑机接口公司被广为关注。2019年,Neuralink发布了微型芯片和手术机器人;2020年,Neuralink首次在动物身上实验,在三只小猪的头上植入了芯片和电极,成功读取脑电信号;2021年,Neuralink宣称希望通过脑机接口技术让瘫痪病人站起来。

“当侵入式脑机接口技术尚在实验室阶段接受验证的时候,非侵入式的脑机技术已经让无腿者跳舞,断臂者弹琴,开启了生命的更多可能性,”韩璧丞如是评价非侵入式脑机接口技术。

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