陳天橋雒芊芊研究院在腦電波研究上獲得重大突破

人類在腦研究上又有新進(jìn)展！近日，陳天橋雒芊芊研究院在腦電波研究上獲得重大突破，在國際頂刊《神經(jīng)元》刊發(fā)了相關(guān)論文。

在實(shí)踐中，功能性超聲波治療（functional ultrasound neuroimaging， fUS）針對(duì)治療，已有許多應(yīng)對(duì)策略，例如與磁共振成像 MRI 互相配合，以達(dá)到準(zhǔn)確掌握疾病部位以及把握治療狀態(tài)的目的。 為研究 fUS 技術(shù)是否成功，研究人員用兩只恒河猴做了實(shí)驗(yàn)，這兩只猴子是非人類靈長類動(dòng)物。研究團(tuán)隊(duì)在猴子的頭骨中，植入約 4~5cm2 的超聲波換能器，給猴子發(fā)布任務(wù)指令，猴子們會(huì)在特定的提示下，向指定方向移動(dòng)眼睛、手臂等部位。

為檢驗(yàn) fUS 的準(zhǔn)確性，研究人員把 fUS 的腦成像活動(dòng)與電生理學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)比，并且在陳天橋雒芊芊研究院的支持下，通過圖像變化，來追蹤猴子的腦活動(dòng)變化，從而解碼猴子的行為意圖。 最后，研究團(tuán)隊(duì)將 fUS 成像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的任務(wù)，通過深度學(xué)習(xí)進(jìn)行算法處理，從而了解大腦活動(dòng)模式與指定任務(wù)的關(guān)系。

簡(jiǎn)單來說，研究團(tuán)隊(duì)通過 fUS 記錄大腦活動(dòng)，準(zhǔn)確率高達(dá) 70% 以上。功能性超聲波治療方法的優(yōu)勢(shì)在于， 這一電極分辨率為 100 微米，單個(gè)神經(jīng)元大小約為 10 微米，它使用的是侵入式腦機(jī)接口方式，但能夠做到不傷害腦組織。

在治療腦疾時(shí)，傳統(tǒng)手術(shù)治療將超聲波穿透顱骨，需要在患者顱骨上鉆孔。而 fUS，這種功能性超聲波技術(shù)的重要性在于，只需患者剃頭，無須做開顱手術(shù)，從而可避免手術(shù)出血以及感染風(fēng)險(xiǎn)。

這項(xiàng)研究將對(duì)治療中風(fēng)、癱瘓等腦部疾病有幫助，也對(duì)人了解腦神經(jīng)作用機(jī)制、研究腦神經(jīng)調(diào)控、腦機(jī)接口提供科學(xué)依據(jù)。但在介紹腦電波、腦機(jī)接口研究進(jìn)展之前，有必要先介紹一下陳天橋雒芊芊研究院。

陳天橋：研究腦科學(xué)是攀登另一座高峰

陳天橋雒芊芊研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI），由前中國首富陳天橋和妻子雒芊芊投資創(chuàng)辦，旨在研究人類的大腦，以促進(jìn)與腦相關(guān)的治病治療，研究院設(shè)立在美國加州理工學(xué)院。

陳天橋雒芊芊夫婦的研究資金也投給了加州理工學(xué)院，此前陳天橋頂著中國首富的身份給美國投資大筆資金做研究，也曾引起過熱議。但其回答很簡(jiǎn)單：“我只選擇距離球門最近的人，誰最有可能進(jìn)球我選擇誰?！?/p>

曾成為中國首富的陳天橋多次問自己：“我能為人類的發(fā)展做些什么？” 他當(dāng)時(shí)深受驚恐癥折磨，2009 年那次發(fā)病，讓陳天橋決定放下盛大一切，前往新加坡休養(yǎng)，直到 2017 年才露面。

這之后，他曾對(duì)媒體談及放棄盛大的原因：“有兩個(gè)月，每天晚上看著夕陽西下都會(huì)呼吸困難，覺得自己不會(huì)再醒來，需要寫遺囑，我必須得離開，一個(gè)人一輩子死一次就已經(jīng)很痛苦了。兩個(gè)月，我?guī)缀趺刻焱砩纤酪淮??！?/p>

在新加坡，陳天橋有大把時(shí)間思考人生，也許是深受瀕死感的折磨，他最終決定研究腦科學(xué)。投資之前，他托人從復(fù)旦大學(xué)借出 20 多本腦科學(xué)專業(yè)書籍，仔細(xì)研究了兩年，借此建設(shè)了對(duì)腦科學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ)。

在考察哈佛、斯坦福等國內(nèi)外知名高校后，他最終決定把研究院建在加州理工大學(xué)，原因是該校擁有腦科學(xué)研究的悠久歷史。

針對(duì)腦科學(xué)研究，他曾表示：“腦機(jī)接口路線上的研究重點(diǎn)，是如何讓植入的芯片更安全、信道更多、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的問題。對(duì)于病人應(yīng)該以治病為主，一切最新技術(shù)，一切可行手段都要使用，包括開顱?！?/p>

離開盛大，跟陳天橋妻子雒芊芊的鼓勵(lì)分不開。從頂峰下來，離開自己一手創(chuàng)辦的公司，再攀登另一座頂峰談何容易？妻子雒芊芊鼓勵(lì)他：“大多數(shù)人一生只能攀登一座高峰，但你或許可以攀登第二座、第三座高峰。”

陳天橋認(rèn)為，腦科學(xué)研究是可以研究一輩子的領(lǐng)域，他也曾對(duì)大眾自陳研究腦科學(xué)的決心：“創(chuàng)立盛大，我想了三天，做這件事，我想了三年。打造盛大，我們花了十多年的時(shí)間，為這件事，我可以投入一輩子?！?/p>

此前大約每隔 10 年，就會(huì)有科學(xué)家說，“下一個(gè) 10 年是腦科學(xué)的 10 年”。實(shí)際上，腦科學(xué)研究沒有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。對(duì)于腦科學(xué)研究的突破，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈期盼，例如 AI 想要真正取得進(jìn)展，就不可能不研究大腦?？梢哉f，腦科學(xué)研究只要進(jìn)一步，就會(huì)生出一步的歡喜。

此前，該研究院關(guān)于腦電波的研究，曾被國內(nèi)外媒體爭(zhēng)相報(bào)道。為從更深刻、且更受大眾歡迎的角度解讀腦電波研究的意義，DeepTech 采訪到奮斗在一線的腦機(jī)接口青年學(xué)者眭亞楠和伍冬睿。

超聲波治療已在路上，但治療精神類疾病還有一段路要走

當(dāng)前，大眾對(duì)腦電波、腦機(jī)接口已經(jīng)不陌生。對(duì)于給腦機(jī)接口下一個(gè)簡(jiǎn)單的定義，華中科技大學(xué)人工智能與自動(dòng)化學(xué)院腦機(jī)接口與機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室主任伍冬睿認(rèn)為，腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）是指通過在人腦神經(jīng)與計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等外部設(shè)備間建立直接連接通路，來實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。

腦機(jī)交互是人機(jī)交互的終極手段，可幫助殘疾人修復(fù)視覺、聽覺等感知功能和運(yùn)動(dòng)功能。簡(jiǎn)單來說，就是實(shí)現(xiàn)用意念控制機(jī)器。

腦機(jī)接口在治療領(lǐng)域的應(yīng)用有哪些？

第一，腦機(jī)接口在治療領(lǐng)域，最顯著的應(yīng)用是替代作用。腦機(jī)接口系統(tǒng)的輸出，可能取代由于損傷或疾病而喪失的自然輸出。例如，因事故導(dǎo)致高位截癱的患者等重度運(yùn)動(dòng)障礙患者群體，是此類腦機(jī)接口系統(tǒng)的重要應(yīng)用對(duì)象。

第二，腦機(jī)接口具有恢復(fù)作用，它的輸出可以恢復(fù)喪失的功能。例如，中風(fēng)患者在失去肢體控制能力后，也可通過腦機(jī)接口技術(shù)對(duì)患者大腦運(yùn)動(dòng)皮層進(jìn)行訓(xùn)練，以幫助病人進(jìn)行康復(fù)。

第三，腦機(jī)接口也可以用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療。例如，帕金森病、特發(fā)性震顫、肌張力障礙等運(yùn)動(dòng)功能障礙疾病，可通過腦機(jī)接口調(diào)控特定神經(jīng)活動(dòng)，使患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力。

第四，腦機(jī)接口在健康人身上的應(yīng)用也很廣泛。伍冬睿表示，“腦機(jī)接口能幫助健康人實(shí)現(xiàn)機(jī)能的擴(kuò)展。在工程心理學(xué)領(lǐng)域，機(jī)動(dòng)車駕駛員、飛行員、航空空中交通管制員等特殊作業(yè)崗位人員的認(rèn)知負(fù)荷、疲勞程度等狀態(tài)對(duì)于作業(yè)績(jī)效、工作安全都十分重要。在控制領(lǐng)域，除了手控方法之外，還能增加腦控方式，從而實(shí)現(xiàn)多模態(tài)控制。在游戲娛樂領(lǐng)域，腦機(jī)接口為游戲玩家提供了獨(dú)立于傳統(tǒng)游戲控制方式之外的新的操作維度，豐富了游戲內(nèi)涵并提升了游戲體驗(yàn)?！?/p>

談及腦機(jī)接口的方式，清華大學(xué)助理教授眭亞楠告訴 DeepTech：“腦機(jī)接口分為侵入式、非侵入式和微侵入式（半侵入式）。侵入式腦機(jī)接口需要通過手術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極或芯片，這一方式能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的腦神經(jīng)活動(dòng)記錄與調(diào)控。但是，因?yàn)榕女惙磻?yīng)和可能的大腦損傷等風(fēng)險(xiǎn)，目前侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)在動(dòng)物上應(yīng)用較多，相關(guān)研究也多限于神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病患者等臨床特殊群體?！?/p>

“而非侵入式腦機(jī)接口無需動(dòng)手術(shù)，直接從皮膚表面采集腦活動(dòng)信號(hào)或進(jìn)行神經(jīng)調(diào)控，這一方式可避免因手術(shù)造成的腦損傷和感染，但獲得的神經(jīng)信號(hào)空間分辨率較低，也很難實(shí)現(xiàn)靶向神經(jīng)調(diào)控。微侵入式腦機(jī)接口仍需要打開顱骨植入電極，但是電極位置較淺，在大腦皮層硬膜之外，所以手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)比侵入式要小?！?眭亞楠補(bǔ)充道。

圖丨腦機(jī)接口系統(tǒng)的信號(hào)來源和特征（來源：受訪者）

據(jù)了解，陳天橋雒芊芊研究院能通過腦電波，預(yù)測(cè)被試者的下一步行動(dòng)。那么，腦機(jī)接口可以通過調(diào)控神經(jīng)治療精神類疾病嗎？這是很多患者家屬特別關(guān)心的問題。

眭亞楠表示：“人類神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能非常復(fù)雜，我們對(duì)大腦內(nèi)部神經(jīng)編碼和解碼程序的了解還很有限。我們可以通過電磁神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，對(duì)抑郁癥、強(qiáng)迫癥、自閉癥、創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙等疾病進(jìn)行干預(yù)治療。超聲腦機(jī)接口是一個(gè)重要的研究方向，目前離神經(jīng)精神類疾病的臨床治療還有一定距離?！?/p>

伍冬睿表示，無論是何種腦機(jī)接口應(yīng)用，其當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)的性能距離人們?cè)诳苹米髌分械脑O(shè)想，還有很長的路要走。除了傳感技術(shù)上的局限外，更關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于人類對(duì)大腦工作機(jī)制的了解還十分有限。

不過，隨著近年來世界各國紛紛啟動(dòng)腦計(jì)劃，如美國的 BRAIN Initiative、歐盟的 Human Brain Project、日本 Brain/Minds Project、中國腦計(jì)劃（即腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究）等，有望在不久的將來在腦研究方面取得突破性的進(jìn)展，從而為腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來全新的機(jī)遇。

腦研究的終極問題是死亡和永生：你聽說過 “2045”計(jì)劃嗎？

《文學(xué)回憶錄》中說：“太陽，將會(huì)冷卻，地球在太陽系毀滅之前，就要出現(xiàn)冰河期，人類無法生存?？墒悄┤湛磥磉€遠(yuǎn)，教堂、博物館、美術(shù)館、圖書館，煞有介事，莊嚴(yán)肅穆，昔在今在永在的樣子 —— 其實(shí)都是毀滅前的景觀。”

但是，如果人的意識(shí)可以永遠(yuǎn)存在呢？徹底拋棄身體，完全生活在虛擬世界。

吃喝、擁抱、感覺，從味蕾到大腦、從雙手到脊柱的功能全部可以用電信號(hào)模擬。是不是覺得拋棄身體，完全生活在虛擬世界很瘋狂，素有 “黑客之王” 稱號(hào)的沃特?奧布萊恩卻說：“這不是個(gè)瘋狂的妄想，而是終將來臨的，只是時(shí)間問題。”

2017 年，沃特?奧布萊恩發(fā)表了頗有爭(zhēng)議性的見解，你的身體其實(shí)并不是你，只有意識(shí)和記憶是屬于你自己的，說白了，只有大腦才是你。大腦是什么？無非是 2.5 拍字節(jié)（Petabyte，PB，1PB=1000TB）的存儲(chǔ)器，以及 1000 億個(gè)神經(jīng)元而已。

按照摩爾定律，2025 年，芯片將包含 1000 億個(gè)晶體管，硬盤在同樣時(shí)間點(diǎn)也會(huì)達(dá)到 2.5 PB。這就意味著，花 300 美元就能得到一個(gè)和人類大腦一樣復(fù)雜的設(shè)備。

所以十年后，備份大腦、備份腦電波活動(dòng)將成為可能。雖然這不是人工智能，但完全能復(fù)制神經(jīng)元及其連接。

目前，人類已經(jīng)在干細(xì)胞研究領(lǐng)域有了長足進(jìn)步，只需要取得你的 DNA 進(jìn)行克隆，四年后就可以造出 20 歲版本的你。我可以隨時(shí)下載、上傳你的大腦，讓你的身體永遠(yuǎn)停留在 20 歲的狀態(tài)。

這還只是 “2045” 計(jì)劃的第一步，后面的會(huì)更瘋狂。這個(gè)計(jì)劃的基礎(chǔ)就是以某種形式保存大腦、備份大腦、再重新載入大腦。當(dāng)然，這個(gè)計(jì)劃要等到 2045 年，還有 29 年的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。

總結(jié)一下，沃特?奧布萊恩認(rèn)為，身體只是一個(gè)物理交通工具，意識(shí)才是司機(jī)。 人類花費(fèi)幾十年去研究癌癥、艾滋病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等疾病，但至今沒有有效的治愈方法。

既如此，就把壞掉的身體扔掉，讓備份大腦、備份腦電波活動(dòng)成為可能。在依靠人類在干細(xì)胞研究領(lǐng)域的進(jìn)步，只需取得某人 DNA 進(jìn)行克隆，四年后就可以造出 20 歲版本的身體。那時(shí)可以隨時(shí)下載、上傳這個(gè)人的大腦，讓身體永遠(yuǎn)停留在 20 歲的狀態(tài)。

簡(jiǎn)單來說，沃特?奧布萊恩的職業(yè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)意識(shí)不滅的永生。從終極目標(biāo)上講，馬斯克、陳天橋等人與沃特?奧布萊恩一樣。也正是他們這樣有影響力的人，把腦機(jī)接口、腦電波研究、人工智能等科學(xué)性話題，往大眾面前推了一步。

原文標(biāo)題：陳天橋雒芊芊研究院腦研究重大進(jìn)展，腦電波預(yù)測(cè)行為！專家：超聲波治療已在路上丨對(duì)話青年科學(xué)家

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