全球首款群体脑机接口系统发布，最多可支持二十人实时脑电交流 | 附设计者对话实录 | 雷峰网-米乐m6平台
2021年9月10-13日，2021世界机器人大会（wrc）在京召开。
自2015年创办至今，世界机器人大会已成功举办五届。大会以“共享新成果，共注新动能”为主题，展示全球各个领域的先进技术和科研成果，旨在促进国内外的学术交流，深挖合作潜力，推动机器人技术、产品与市场的发展。
本次大会上，清华大学医学院生物医学工程系高小榕教授，重点关注了bci脑控机器人大赛。
高小榕教授常年专注于脑机接口技术（bci）、神经信号检测和处理的理论和方法，并基于此技术研究生物神经系统信息相关的脑功能分析方法，是中国脑机接口领域的领军学者。
左边为高小榕教授，右边为陈小刚研究员
bci技术是神经科学、神经工程、药学和康复学研究的热点课题。同时，也是人工智能领域近几年最前沿的发展方向。目前，我们正处于人机时代，从最简单的人机交互、人机协作到人机共融共存共生，脑机接口的前沿研究成为机器人智能化的关键节点。
但谈到脑机接口的市场应用时，高教授依旧持谨慎态度。他表示，教育和工业还不是脑机接口的刚需，真正的刚需在于医疗行业。
与此同时，高小榕教授也补充到，我们必须平衡脑机接口研究的目标、实际能力和手段，不能让它发展过快。大家一窝蜂投入研究后，会忽视伦理问题的重要性。与此同时，脑机接口的发展是一项综合性的工程，涉及到各个学科的协同发展，没有其它学科的进步也是局限的。
本次世界机器人大会上，雷锋网参与高小榕教授和陈小刚研究员的群访，以下为对话实录。
q：首先，请您谈一谈脑机接口是什么，它的发展历程以及主要的应用？
高小榕：脑机接口（brain-computer interface， bci）是现在比较热的一个词，它是从大脑直接提取信号控制外部设备，也是人机接口的一种。传统的人机接口比如鼠标、键盘都需要手部肌肉控制，现在的语音输入也是调用五官，但脑机接口就把这些都跳过去了，不用外周神经参与，直接由大脑信号控制外设。
伴随着上世纪七十年代微型计算机出现，一位教授提出了脑机接口技术，“能不能通过脑电控制电脑”。从第一次命名brain computer interface以来，脑机接口并没有做出什么成果，直到2000年左右又被其他的科学家再次发明出来。
实际上，本世纪初第一次召开脑机接口国际会议。当时世界各国提了很多个词来命名，像“心想事成”这类的词有十七八个，最后统一公认bci这个词，直到现在，所有用脑神经和外设打交道的研究都叫做bci。
bci刚出现的时候，首先是医疗驱动力。
我们要帮助像霍金这样有运动障碍的人控制外设。清华大学也是从1997年开始做脑机接口，当时个人计算机已经普及，我们就想如果一个人不会用键盘鼠标的话，怎么用计算机？我们想到了脑机接口技术，此后便开始了这项研究。
五年前流行起ai热，出现了第二驱动力，也就是ai的驱动力。
其中最核心的鼓吹手就是马斯克、扎克伯格这些人，他们认为ai大规模发展后会出现一个多智能体社会。原来的智能体只是人，现在ai能够比人还聪明，我们怎么跟计算机进行交流？如果我们跟计算机用键盘鼠标交流太慢了，即使是用语言去交流也太慢了，我们是不是直接从大脑提取信号--“心想事成”？
马斯克做的最有影响力的案例是小猪，最近猴子也能够用脑机接口玩游戏。中国也有几个比较代表性的案例：浙江大学把脑机接口直接植入人体，一个像霍金这样的残疾人能控制机械臂，还能够打麻将；天津大学把脑机接口放到太空站，航天员也能够做脑机接口。 但从研究的角度来说，脑机接口还是一个基础的东西。
从技术角度来看，它涉及到脑机接口芯片，从大脑提取神经信号的芯片；还有一个是整套分析软件。
十几年前，软件研究做得比较多，清华做的就是软件。但从前一两年，特别是美国进行脑机接口出口管制之后，中国很多企业开始做芯片。这次大会上展出了两款脑机接口芯片，而且都是和国外的水平相当，性能完全一样，可以替代国外芯片。
除了芯片之外就是系统，国内的大概有几家：博瑞康、江苏集萃，分别是医疗和消费领域。
有了系统之后就需要市场应用，大概分为三大块：
第一块是医疗。怎么解决病人的问题，不能用鼠标键盘也不能说话的人群应该怎么应用。
我们原来的医用主要是存在障碍的人群，比如运动受限以及事故损伤、老龄化带来的各种运动障碍。我们的方式是外周控制，通过大脑直接控制一些外设，比如轮椅不需要自己手动遥控，直接通过大脑的指令发送，可以控制轮椅能够直接行动，同时也可以控制一些外骨骼进行行走，进而融入社会。
情感脑机接口方面，我们也是在尽量解码大脑的情绪。通过脑机接口的手段，我们可以在人心情不好的时候播放相应的音乐，对病人的精神状况进行调控，形成一个环路。目前我们更多的还是辅助运动控制方面做得比较多，未来的话应该是进一步在精神环节也有相应的应用。
我们临床应用的时候也会发现，实际上很多病人的行动和语言表达都会受限，需要清楚这个人的认知状态是不是受影响。但是原先的测量方式对很多病人来说很难适用，比如很多量表都是通过看人的反应，单位时间内能够写对多少字，根据正确率作判断。
因为传统的很多量表都是基于健康人群，通过大量样本得到数据，运动障碍的人群手颤抖到根本无法书写，所以我们通过脑部绕过外周神经直接进行评估。目前临床上可以用脑机接口手段评估病人的认知状态，认知状态具体达到什么程度，然后做状态的调节。
第二块是教育。小孩在学习的时候注意力和认知功能有缺陷的话，可以用脑机接口弥补。根据小孩上课的注意力做一个反馈，或者从家属的反馈中知道孩子是因为不听讲没学会，还是因为不理解没学会。这是两个很大的问题，如果不理解没学会就是逻辑的问题，如果是不听讲没学会就是另外一个问题。
第三块跟工业相关，就是工业4.0等等，实际上涉及到的核心问题是安全。最容易理解的例子就是自动驾驶，你的车可以有自动驾驶，也可以人来驾驶，什么时候人驾驶、什么时候自动驾驶，出现一个协调的问题。
如果有了脑机接口就可以很容易地做出来，比如注意力不集中、困倦、喝酒等等，车辆检测不适合人驾驶，那么就车辆自动驾驶，或者自动停在路边也可以防止出事。比如打电话的时候，车辆发现不能继续驾驶就可以停下来；人突然心脏不好了，车辆也可以自动切换。
当然，教育和工业还不是刚需，真正的刚需是医疗。
q：目前脑机接口研究的方向是什么？都有哪些需要解决的技术难题？
高小榕：脑机接口研究的途径包括几种：一种是有创，就是要把电极搁到大脑里，还有一种是无创，就是把电极放在头皮上。
有创的方法信息更大，但人不一定能够接收，好好地往大脑里插一根电极，人很难接受。那么就用无创的办法，头皮上植入电极。就像把麦克风放到屋内和屋外的差距，搁到屋外，信号就弱得多，在屋外能够听到里面大声说话，或者有人大笑，但在屋内能够知道在笑什么。
马斯克的研究都是有创的方法，把电极放入脑神经其实是很难的，因为脑组织是人类最软的组织，除了体液就是脑组织。我们监测的硅这些东西反而是最硬的，一个最软的东西和一个最硬的东西放在一起，工作环境一定会有问题。而且人还要活动，跳一下蹦一下，心脏血液会有波动，所以软的和硬的损失有多大？难度还是很大的，这是物理上的难度。
第二个难度就是生物上的难度，放进去的东西即使是软的，但对人体是有毒性的。
第三个难度是信息。人脑有一千亿个神经元，每个神经元都在工作，按照通讯速率的比特率来说，这是按照每秒1tb的速度。如果把我的语言采样，一百比特就可以把我的语言传递到你那里，你耳朵里听到一百比特又会重新解读成1tb，所以这个就是基于语言的压缩能力。但是一百比特和计算机相比还是显得不够，所以这是非常难的东西。
为什么这么难的东西我们还要研究？为什么干脆不做了，等着ai去做？实际上，ai只能解决事实问题，就是这个东西是什么，但不解决价值问题，我是指广义的社会价值。
比如这是一瓶水，ai可以马上识别出来，但这瓶水的价值ai是不知道的，因为价值跟环境有关系。现在水在这里是一个价值，而在沙漠里是另一个价值，如果人类缺水，整个水资源枯竭的时候又是一个价值。
所有的这些价值问题只有人才能判断，机器是判断出来的，我们也强加不了；同样的一个东西，不同的人看待的价值观也是不一样的。比如鲁迅说人血馒头的故事，杀人肯定是有问题的，但其它人觉得是有价值的。
我们假设ai无限发展，发展得越来越大，怎么维护人类的尊严？一个对话框弹出来让你选择yes和no，如果对话框什么时候都在弹，人整天点击yes 和 no的话就会出现失误，而且也烦了，这么简单的事还问我干嘛？但ai替你干的话你可能就不干了。
我们要维护人类的尊严，一定要让机器懂得我们的价值，就是干我们不想干的事情。脑机接口最主要的就是一个人机交互工具，我们绝对不会容忍ai把人替代的事情出现。人对ai要求是共存发展，而且我们要占主导。
q：接下来几年脑机接口的目标有没有规划？主要想取得怎样的应用效率？
高小榕：现在能够落地的首先是医疗，医疗是能够说得清楚的。过程当中可能会沿途下蛋，把医疗技术发展起来，可以做一些认知和决策的东西，这些都需要一步一步来。
除了教育和安全方面，其它的应用都有伦理限制，比如有一个脑机接口的东西提升了治理水平，没用脑机接口的这些人怎么办？但医疗不存在伦理的关系。
任何发展都一定会受到伦理的限制，但这个技术是未来不可或缺的技术，未来一定有脑机接口实现人和机的双重优势。
脑机接口是一个跨度很广的领域，涉及到物理，脑神经认知科学和信息科学，这些学科的人都需要去交流。等到我们把所有的这些困难克服了，包括物理的问题、生物的问题、信息的问题，逐步就会找到应用的渠道。
我们现在主要面向的交流对象是医学界的人员，和天坛医院、宣武门医院、长征医院、协和医院都有合作和研究。
q：马斯克说的脑机接口还是比较超前的，谈到以后可能将脑机接口接入正常人，进入一个“超人的时代”，之前您说对待记忆写入、记忆增强持有比较谨慎的态度，现在还是这样吗？
高小榕：是的，现在我还是持有这种观点，因为脑机接口确实是影响面非常广的东西。它的危害在于，芯片进入人脑的时候你并不知道可能得到什么东西，但你知道失去了什么东西。设想脑组织的运动就像海浪，你拿一个尖的东西晃几次，对不同的人有没有伤害，或者这个伤害是人能够接受吗。
所以，脑机接入一定要伦理先行。马斯克研究出来之后也要先做医疗的应用，不可能说为了让人玩游戏，脑子里放一个接口。
q：随着中国进入一个长寿时代，您的研究方向和研究模式会不会改变？
高小榕：脑机接口很关注老年人的问题。比如视觉障碍的话就可以用脑机接口帮助提示一些东西，所以老年也是一个医疗问题。
q：您是第几次参加世界机器人大会，感觉怎么样，大会对您从事的领域有没有推进作用？
高小榕：机器人大会刚刚开始的时候我们就有合作。中国脑机接口的发展是从1997年开始，到了2010年已经开始被科学界认可了。那个时候大家都发表了科学论文，以论文为主，基金委就给我们提了一个问题：我们收到很多很多的基金申请，但脑机接口是一个很新的领域，我们也不知道谁好谁不好，你们能不能从应用的角度评估？
我们是在2010年做了第一届中国脑机接口比赛。基金委把所有基金委的课题都申请了，我们对所有的申请人发邀请。我们有打字任务、有小车控制任务等等。第一届脑机接口的是黑马是李远清教授，他刚回国就听说了这个故事，穿着短袖来到北京，都不知道中国的温度差这么大。
当时是2015年，我们做了第一届、第二届脑机接口比赛，在比赛过程中，我们也能够通过比赛看出谁是第一名谁是第二名，最终很多资料都给了基金委，有利于他们选择课题。
到了2017年世界机器人大会上就有了脑机接口项目，我们就在世界机器人大会的平台上做了技能赛，也想回答到底有多少人适合做脑机接口，有多少人适合用脑机接口。当时做脑机接口的都是我们的学生，都是年轻人，到底有多少人能用，这个事情谁也不知道。就像我们造出汽车，有多少人会开车，我们是不是要办一个驾校。我们做了一个技能赛，相当于脑机接口的奥林匹克，大家随便报名，想来就可以来。
在2018年世界机器人大会上，这时我们得到了世界范围最大的样板人群，原来就是几十人，现在是几百人甚至上千人。
到了2019年就把技术赛和技能赛合二为一，技术赛造出最好的车，技能赛找出最好的赛车手。所以那年出现了脑机接口世界纪录，看一看最优秀的人能够用脑机接口跑得多快，那个人用脑机接口打字比用键盘打字还快。2020年因为疫情，我们只做了技术赛，今年又有技术赛和技能赛，算是第五届中国脑机接口比赛。
我们在2017-2018年做了成人比赛，2019年就有了青少年比赛，要看小孩到底能不能用脑机接口，今年又做了100个六十岁以上的老人的比赛，不能说搞了一个新技术只能年轻人用，而且找一两个老人也不能说明问题。其中年纪最大的是八十一岁。
今年，我们（高老师创意及设计，北邮团队开发实现）在大会上推出了世界上第一份群体脑机接口系统，我们叫做“神聊系统”，最多支持二十个人实时进行脑电交流。二十个人的群聊环境相当于一个班的教室，大家不用说话就可以把知识交流出来，或者能够知道谁听课了谁没听课。
我们的脑机接口从2017年开始由中国电子学会和世界机器人大会支持，实际上芯片比赛是按照赛制直播的，这个比赛非常公平--同样的问题，不同的人去做，结果马上就可以出来。脑机接口就是这个特点，结果是实时的。所以基金委说以前的比赛都有一大堆投诉，你们做的比赛没有人投诉，因为大屏幕就在前面，我们在看，别人也在看，结果是实时的。
q：最近两年，你们的研究组有哪些比较大的成果？
高小榕：中国在脑机接口领域分量，我们大概占到三分之一，包括论文数和对世界的贡献都是三分之一，但和美国相比，我国拿到的脑机接口经费投入十分之一都不到。
脑机接口总共提出了十几个范式，现在剩下公认的只有三大范式：
ssvep是一种，想像运动是一种，p300定位是一种，而且在这三种范式最快的脑机接口就是ssvep。今年我们发了一个很重要的文章，就是总结脑机接口发展路径，提出i3模型。
bci的i其实是三个i：第一个i是interface接口，这个接口是单向的；第二个i是interaction交互，就是双向的东西；第三个i是intelligence智能。
脑机接口最后要按照这三个模型演化，最后能够达到脑机智能的水平，就是脑的智能和机器的智能合二为一。这是清华大学前任脑机接口研究主任高上凯教授提出来的，他是我的老师。
最近还有一个贡献，原来我们做脑机接口控制最早是6个目标，后来到了12个目标，然后又到了40个目标，今年已经出现了160个目标。我们现在是群体多人脑机接口，也是在这方面做了贡献。今年有一个青年论文竞赛会展示这个结果。
q：刚才您提到的技术目前应用情况如何？
高小榕：我们在天坛医院控制机械手这类应用都有，“挑战不可能”有一个渐冻症的中国病人，我们做临床的时候发现这个病人可以用脑机接口打字，后来还参加了董卿的“挑战不可能”节目，和董卿一块朗诵了一首诗。这个人已经说不出话了，呼吸机插着管呢，但脑子好使。
q：从全球范围来看，脑科学和认知学科都有哪些突破口？
高小榕：脑机接口和认知科学实际上是并行发展的，脑机接口相当于打开了脑的一个窗户，可以帮助神经科学的发展，神经科学新的研究结果又反过来促进了脑机接口的应用，二者不是一前一后，而是并行发展，并不是脑神经发展了什么，我们再发展脑机接口。情绪脑机接口的话，情绪到底怎么回事我们不知道，我们检测出情绪好坏就可以调整。
q：我们谈到脑机接口存在一些挑战，对于科研人员和技术人员来讲，如何应对现实中的一些问题？
高小榕：我们必须平衡我们的目标、实际能力和手段，不能让它过快，看到好大家就一窝蜂地去研究，把伦理限制都去掉了，万一出什么事也很麻烦。这个一定是综合的，涉及到各个学科协同发展，没有其它学科的进步也是局限的。
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