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作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/7 16:28:35
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专访“脑机接口之父”米格尔·尼科莱利斯
脑机接口或成为一种药物替代疗法

 

米格尔·尼科莱利斯 受访者供图

他被称为“脑机接口之父”。这或许能够概括美国杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)对这个领域的突出贡献。

2014年,全球逾十亿观众见证了尼科莱利斯在“重拾行走计划(WAP)”中通过脑机接口控制外骨骼,让一位全身瘫痪的少年站起来并为巴西世界杯开球。诞生22年来,脑机接口已从科学概念走向临床康复医疗,并成为商业界的宠儿。

作为这一领域的开创者,尼科莱利斯仍在拓展着脑机接口理论和临床应用的新边界。2021年底,他在发表于《国家科学评论》的一项研究中指出,下一代脑机接口有望为全球罹患神经性和精神性疾病的数亿名患者提供非药物性的个性化治疗。

“脑机接口或将成为一种药物替代疗法,用于治疗各种神经和精神疾病。”近日,尼科莱利斯在接受《中国科学报》采访时说。不过他同时表示,商业领域关于脑机接口的一些过度的“营销式”假想永远不会成为现实。

从低谷到高潮

《中国科学报》:是什么让您对脑机接口研究产生兴趣?请分享一下这背后的故事。

尼科莱利斯:我和约翰·查宾(时任哈内曼大学教授)最初试图以一种更自然的方式了解大量的神经元是如何在动物行为中协同工作的。我们开发了一种新方法,在老鼠和猴子执行某些任务时记录它们成百上千个脑细胞的电信号。

1998年的某一天,我们意识到已经可以记录100多个老鼠和猴子的脑细胞信号,将需要一种新的范式和技术来测试关于大脑功能的一些假设。于是产生了把大脑和机器连接起来的想法。

1999年,我们第一次通过老鼠做研究。2000年,我去杜克大学时,已经在猴子身上做研究了。我们决定将这个方法命名为“脑机接口”(BMI)。2000年,我在《自然》杂志发表了一篇评论性论文,正式提出了这个名字,它很快被全世界使用。一开始,我们创建了这个研究大脑的新范式,后来意识到它具有非常重要的临床意义。

《中国科学报》:2014年的世界杯见证了您的脑机接口研究和“重拾行走计划”的精彩一刻。当时距离您和查宾教授首次提出脑机接口概念已经过了15年。这期间哪些高潮或低谷的瞬间给您留下深刻印象?

尼科莱利斯:有太多这样难忘的时刻。比如2000年我们第一次实现让猴子通过脑机接口在体外控制机械臂;2006年让在美国的一只猴子通过脑机接口控制在日本的机器人行走,横跨整个世界;2013年我们让猴子使用脑机接口实现遥控操纵轮椅,这个实验清楚地表明人类也可以做到。

2014年,当我们在世界杯期间进行开球展示时,大约有12亿人通过电视或网络观看直播。在朱利亚诺开场前的几秒钟,所有这些记忆都在我脑海中闪回。

为了2014年世界杯开球,尼科莱利斯联系了来自25个国家的156名科学家参与实验,请他们带着学生、专利和技术到巴西帮助制作第一个脑控下肢机械外骨骼,这个项目后来演变成持续至今的“重拾行走计划”和遍布全球的国际技术联合网络。受访者供图

图为尼科莱利斯在工作中  受访者供图

2014年世界杯后的训练 受访者供图

2014年世界杯开球前夕 受访者供图

我们的研究一直在继续。比如2013年我们演示了“大脑网络”即脑与脑之间的接口界面。2015年,我们让三只猴子通过大脑活动协力进行游戏操作。2018年,我们又让一对猴子在实验室里进行社交互动,使用的是同时来自两个大脑的信号记录。所以,真的有太多的故事,有很多里程碑级的跨越。

《中国科学报》:成功背后遇到了怎样的困难?

尼科莱利斯:确实有很多困难,特别是刚起步的时候。因为有不少科学家非常保守,在一个新事物的初期他们怀疑一切。即使我们在猴子上实现了使用脑机接口操作外部设备,有些人仍然不相信人类能做到这一点。最初那几年,我们很难说服所有人,就持续发表着实验结果。

直到2004年,我们发表了第一篇关于人类受试者的论文,在人身上复制了在猴子身上完成的成果:在用于帕金森症的神经外科手术过程中,我们让在杜克大学的11位病人使用脑机接口,全部实现仅凭脑部活动操作电子游戏。这一重要里程碑研究当年刊登在《神经外科期刊》的封面,让所有人都相信人类是能做到使用脑机接口的。此后,整个领域都开始腾飞了,它在世界范围内迅速扩张。

《中国科学报》:您如何看待“脑机接口之父”这个称号?

尼科莱利斯:我对此感到非常荣幸。这是对约翰和我在这一领域渡过重重困难做出开创性工作的极大认同。我不得不强调,这一成就是约翰和我两个人一同创造的,如果说脑机接口这个孩子有父亲的话,那么“两个父亲”可能更适合。

最近我收到约翰辞世的悲伤消息。我们从1988年第一次见面开始合作了34年。他不仅是我的导师、引路人,而且对我来说就像一个老大哥。他是我见过的最伟大的神经学家之一。

“治疗10亿人”

《中国科学报》:可否这么理解:脑机接口的应用可以分为两个方向,一个是与外界的互动,比如用大脑控制外骨骼;另一个是内部神经的调节,比如在下一代神经假体中的作用,就像您在《国家科学评论》论文中描述的那样?

尼科莱利斯:你的理解是正确的,这是两代技术。第一种“脑机接口”(BMI),它从大脑电信号中获取信号,并将其传递给控制设备,这些“设备”可以是机械的、电子的,甚至可以是虚拟的,就像我们为世界杯开球所训练病人做的那样。

第二种“脑-机-脑接口”(BMBI)可以让我们向大脑传递信号,试图纠正大脑的内部问题。在这种情况下,可以监测大脑活动,检测病理信号,然后基于检测把治疗信号传回大脑来扰动正在产生的病理状态,比如帕金森氏症或慢性癫痫。

由内而外的单向控制和内外互通的闭环,这就是BMI和BMBI的主要区别。

《中国科学报》:就您所了解的情况看,全球目前大概有多少患者曾经或正在使用脑机接口技术进行康复治疗?

尼科莱利斯:很难精确估算,因为现在全球有太多研究团队和临床团队在进行这些工作,但受试者总数应该是以千为单位计算的。

尼科莱利斯巴西实验室相关图片,纳塔尔“大脑营地”的配套学校  受访者供图

尼科莱利斯巴西实验室相关图片,纳塔尔“大脑营地”   受访者供图

尼科莱利斯巴西实验室相关图片,圣保罗AASDAP康复实验室  受访者供图

尼科莱利斯巴西实验室相关图片,圣保罗AASDAP康复实验室  受访者供图

位于圣保罗的AASDAP神经康复研究所实验室正在开展的研究    受访者供图

位于圣保罗的AASDAP神经康复研究所的实验室正在开展的研究    受访者供图

尼科莱利斯创建和领导的纳塔尔国际神经科学研究所(IINN-ELS) 受访者供图

 

《中国科学报》:您如何评价脑机接口在全球医疗保健中的应用现状?

尼科莱利斯:脑机接口在医学领域的应用是现在全球范围相对更普遍和广泛的。在医学的率先应用是人们认为最可行的,这可能会作为在几年内推动这个领域发展的主要应用方向。

我们已经进行了20多年的基础研究和临床研究,已经具备针对很多不同疾病的应用,在世界各地有了很多跟随、复制和确认的独立结果,也有多个临床试验在进行。随着医学新兴领域的自然发展规律,我认为未来十年有望见证脑机接口在许多应用方向的集体爆发。

《中国科学报》:您如何看待脑机接口的未来?

尼科莱利斯:首先,我们将能够在患者治疗方面取得很多好的成果,不仅是通过经典的脑机接口配置进行治疗,还包括使用我们已经演示过的概念实现远程治疗。

同时,我们的“重拾行走计划”已不仅包括最初的脊髓损伤瘫痪康复,现在已经发展到对许多其他疾病的对症治疗,如中风、帕金森症、慢性癫痫。我相信即使是精神疾病(如抑郁症、自闭症等)也可以在基于脑机接口核心概念的疗法中受益。我认为脑机接口将成为一些药物的替代疗法,用于治疗各种神经疾病。

这也是我提出这个口号的原因:脑机接口的未来应该是“治疗十亿人”。根据世界卫生组织统计,全世界有10亿人患有某种神经性或精神性的大脑紊乱病症。脑机接口研究的主要目的将是为这10亿人提供选择,改善和恢复他们因某些疾病或创伤所损失的一些生理功能,提高他们的生活质量。

米格尔·尼科莱利斯  受访者供图

“带着责任一步步地谨慎前进”

《中国科学报》:您如何看待脑机接口在其他领域的潜在用途?

尼科莱利斯:比如将非侵入性脑机接口应用在健康人身上,其中一种可能性是帮助人们进行任务强化训练,如应用到足球、极限运动等体育竞技训练中,提高高性能运动的行为能力。再比如使用基于脑机交互以及大脑工作机制开发新型计算机。这是一个非常广泛的领域。

《中国科学报》:脑机接口在商业领域的应用带来人们对未来世界的诸多猜想。比如埃隆·马斯克认为未来它可以帮助用户操控从手机到汽车等智能设备,帮助病人从各种神经疾病中恢复,甚至允许人们不用语言实现思维互动。有人称此为“元宇宙的终极形式”。您如何看待这些想法?

尼科莱利斯:过去几年里,我了解到马斯克的一些想法。我得说它们不是科学,更像是糟糕的科学幻想,因为它们中的大多数永远不会成为现实。比如把大脑的想法下载储存在光盘或云端,或者将大量信息上传到大脑(如学习一门新语言),这些假想都永远不会发生。他更像是做营销的,对神经科学知之甚少,只是试图通过营销其他领域的想法来赚钱,我们称之为炒作。

尼科莱利斯 受访者供图

《中国科学报》:您是否支持“元宇宙”概念?

尼科莱利斯:这不是一个“支持”或“不支持”的问题,更应该是一个需要深思的哲学问题。关键问题在于,这一理念的重点是什么?我们要用它来做什么?“虚拟存在”能带来什么好处?

人是社会性动物,我们需要真实社交,需要有能力在现实生活中与其他成员互动。将自己完全沉浸在虚拟世界中是有副作用的,我们的大脑将会改变,会失去一些作为“人类”的重要行为。所以,“元宇宙”是一种倒退,因为它将人们从真实的社会存在中排除出去。

我们已经有诸如孩子沉迷于电子游戏和因特网带来的问题,如果花更多的时间在虚拟世界里,可能会产生更多问题。所以我不太喜欢不负责地引进技术,却不去考虑它会对人类产生什么影响。

《中国科学报》:在给人们带来益处的同时,也有人担心类似脑机接口这样的技术快速发展会带来伦理上的挑战。譬如一个人如果同时受其大脑和机器控制,甚至可能被移植的猪脑和机器控制,那么他还是“人”吗?您如何看待这个伦理或哲学问题?

尼科莱利斯:科学伦理是非常重要的一个问题,我们需要带着责任一步步地谨慎前进,始终允许社会公开讨论一项技术是否应该被应用以及应用到何处。但我不认为“机器控制人”会发生,这是又一个糟糕的科学幻想。

约翰和我一直在谈论这个话题,我们创造脑机接口不是为了伤害人们,而是为了造福人们。我们都曾直言不讳地表示,不会支持将脑机接口用于任何军事目的,我们对这样的应用“严词拒绝”。我曾在美国、巴西、欧洲和很多其他地方公开表示过这一观点。

与中国的合作交流

《中国科学报》:请谈谈您与脑机接口领域的中国科学家合作或交流的经历。

尼科莱利斯:我喜欢研究中国的历史和文化。我刚看完了最近关于朝鲜战争的著名电影《长津湖》。

我曾有好几个为之自豪的中国学生,他们非常聪明、勤奋和优秀。我把他们当作家人,他们现在都在中国国内或国外非常领先的研究机构中工作。

我在中国也有很好的合作者,无论是学生还是合作者,我们之间有很好的互动。每次去中国,他们总是对我很热情,很友好。我很自豪能与他们建立这样的联系。我非常感谢我的每一位中国学生和合作者。

《中国科学报》:北京宣武医院是您“重拾行走计划”的合作者之一,您如何评价相关的合作成果?

尼科莱利斯:这是一个很棒的合作。我为他们在帮助中国病人恢复行动能力和知觉方面取得的成就感到自豪,他们延伸了我们在巴西的发现成果。我很高兴、也很荣幸与宣武医院合作。我们很快将正式发表相关的共同成果。

《中国科学报》:您如何评价中国脑机接口研究及应用领域的发展?

尼科莱利斯:每次我去中国访问和演讲,都能感受到人们对脑机接口极大的兴趣,而且这个领域正在发展。中国有许多优秀的实验室正在进行相关研究,所以这一领域在中国一定会有广阔的前景。

《中国科学报》:最后,您想对我们的读者说些什么?

尼科莱利斯:这对于全世界科学发展是一个非常重要的时代。新冠肺炎大流行表明科学对人类生命和健康的重要性。我的信息是非常乐观的,每个国家都应该支持它的科学部门和它的科学家,我们应该看到科学对整个星球的基本人道主义使命。

尼科莱利斯  受访者供图

人物简介:

米格尔·尼科莱利斯,生于1961年3月7日,脑机接口(BMI)概念提出者和领域创始人,法国科学院、巴西科学院和梵蒂冈宗座科学院院士,他评为美国50强科技领军人物,2015年入选《外交政策》杂志全球百位思想家,2016年获世界资讯科技与服务联盟年度杰出人物奖,2017年获电气与电子工程师协会新兴技术奖。

 

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