從霍金到阿凡達：類腦智能研究能走多遠？

腦機介面的發展以及隨即產生的問題究竟幾何？

編者按：

在電影《阿凡達》中，每個納美人都有一個「介面」，它使得納美人能夠與各個物種直接進行精神層面上的交流，「輕輕一插」，不需要說出指令就能馭駛腳下的飛龍在空中開始雜耍。

科幻作品中的很多場景其實並非完全脫離實際，納美人「即插即用的萬能介面」在現實社會中其實已經有了概念及雛形，它就是腦機介面。科學家們一直寄期望於腦機介面，進而實現人的大腦與計算機、機器之間的直接互聯，從而使得人類所缺乏或不足的一些功能能夠在可以被大腦控制的情況下得到補償和提升。

那麼，現今的腦機介面究竟發展到了什麼程度？隨著它的發展，又有哪些科學、技術以外的問題浮出水面？就在4月27號由GMIC與知識分子聯合主辦的第十屆GMIC北京2018生命科學高峰論壇上，來自清華大學的洪波教授以及華南理工大學李遠清教授、北京師範大學薛貴教授共同就腦機介面的發展與問題展開了討論。

演講 | 洪波（清華大學醫學院教授）、李遠清（華南理工大學自動化科學與工程學院教授）、薛貴（北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室教授）

整理 | 呂浩然

知識分子為更好的智趣生活ID：The-Intellectual

洪波：今天的兩位嘉賓都是腦機介面前沿領域非常活躍的科學家，也有非常強大的團隊。首先介紹的是華南理工大學自動化學院的李遠清教授，他的團隊在頭皮腦電、腦機介面方面有多年的研究，也處在世界前沿的領域，我們先請李遠清教授介紹一下他們的工作。

洪波

李遠清：感謝洪波教授。我們團隊大概是在2008年開始組建的，研究大概可以分為兩個階段：第一個階段大概是2013年，之前我們一直是做正常人的研究，即我們把腦機介面接到正常人上面。

我們關注的主要是兩個方面的問題：第一個問題是我們怎麼通過大腦來做多自由（度）的控制，腦做多自由的控制是非常困難的事情，比如我要有幾個控制信號來控制不同的自由度，這是一個非常難的事情。我們只能同時做一件事情，一般同時做兩件事情是很難的；第二個是怎麼樣提高腦機介面的形態，實現多自由的控制。比如加速、減速、方向的控制，還有停止、啟動、前進、後退都全部能夠實現，這就是典型的多自由的控制。假肢一般都是很複雜的多自由的控制。

第二個階段是從2013年開始做的臨床應用。我們主要是面向兩類病人：第一類病人是我們通常稱作植物人的病人，學術上稱之為意識障礙病人。這類病人看起來不知道他在想什麼或者有沒有想法，但也有可能是病人還是有想法、有意識的，只是你看不出來。所以，醫生診斷就有很大的困難。而我們可以用技術來檢測這些病，然後輔助醫生做臨床診斷，還為病人做一些康復方面的訓練等等。

另一類病人則是頸椎損傷的病人，中樞神經在頸椎這個地方斷了，從而導致下面是癱瘓的。而我們可以為病人做功能輔助，比如把輪椅、家電（電視、空調、電燈、護理床）集成在一塊，讓病人通過大腦來控制，很多病人都試用了，效果還不錯，能夠提高他們的生活自理能力。

目前我們主要針對這兩類病人來研究，將來應該擴展到更多不同種類的病人。另外，腦機交互介面的性能還要大大提高，包括它的便攜性、成本都要考慮。

李遠清

洪波：剛才李遠清教授跟大家分享的都集中病人身上，是一些腦機介面的臨床應用，如用腦電控制的輪椅、機械臂，還有很多演算法的問題，可以很靈活地控制運動輔助的設備。另外，還可以通過這些方式提升病人康復的效果。

還有一個方面非常有趣，李老師的團隊在用腦機介面幫助那些植物人，或者處在深度昏迷狀態的病人，能夠了解他們意識的狀態，甚至能夠知道他們的反饋是什麼。一般認為，植物人不會再對外界有反應，實際上，通過李教授團隊的研究能夠看到，植物人還是有非常微弱的響應的，這種系統建立起來以後，也許在未來植物人喚醒方面具有非常重大的醫學意義。

李老師，你從事臨床研這麼多年，肯定也碰到過很多困難，其實現在評估腦機介面方面，發現這個概念肯定是非常激動人心的，但是真正到臨床應用卻障礙不斷，您覺得最大的障礙是什麼？

李遠清：現有的一個障礙就是臨床醫生跟我們的工程領域還是有一些不同的理念，有些技術操作也比較複雜，還要我們的技術人員來幫忙，臨床醫生操作恐怕還有難度，這是其中一個問題。

第二個問題是我們做的那些系統也好、演示的東西也好，都是從實驗室裡面出來的，還沒有達到產品級的地步。剛才我講的，成本、方便程度、實用度等等，都還沒有達到這個地步，甚至包括外觀。要走到那一步，還得有一段比較艱苦的努力。一個比較令人鼓舞的現象是，病人本身對這種技術還是很期待、很感興趣的，這些東西對他們來說也是從無到有，所以我覺得這個是技術的源泉或者說研究人員的動力所在。

洪波：我們的實驗室曾接待過一個山東的女孩子，她是重度的肌無力患者，最後碰到的問題跟李老師一樣，我們的系統還不夠簡潔，還不能夠非常穩定、高效地把大腦裡面的信息獲取出來。我相信通過李老師的團隊和世界上所有科學家的努力，這個問題會不斷地接近解決。

新的技術基本都會有一個曲線，第一個高峰大家對它期待非常高，然後就是幻滅的階段，進入一個低谷，如果再進入第二次高峰，這個技術就走到了應用、市場。那麼，大家可以猜猜腦機介面技術到底在哪個階段？其實我們只是在期待的高峰，也就是第一個高峰的位置。

薛貴教授來自北京師範大學，他領導著一個很大的團隊，在理解和認識我們的大腦怎麼進行學習和記憶以及這裡面的規律是什麼。更重要的是，他希望用腦機介面幫助普通人提升我們的智力和認知水平。我們也請薛貴教授來介紹一下。

薛貴：謝謝洪波教授。我來自北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室，我們主要研究的是正常人的學習和記憶的問題。其實人的學習和記憶是一個非常根本性的，也是我們人腦工作的一個非常基本的功能，這裡面涉及到核心的問題就是：人的知識在大腦裡面是怎麼進行表徵的？又是怎麼存儲的？它的存儲方式和計算機存儲的方式有什麼不一樣？

對這個問題的研究，一方面能夠解釋、幫助我們去更好地解碼大腦的信號。其實這個信號的解碼是一件非常困難的事情，只有我們更好地理解了人腦裡面信息組織的方式，才能更好地去解碼；第二個方面，我們的研究是想把人腦的信息存儲方式與計算機、與現在深度學習網路裡面的方式進行一種對比。這種對比有兩個好處：一是我們希望通過這樣的對比，或許能夠發現現在計算機存儲方式和人類大腦存儲的方式還有哪些根本性的區別，這也有可能幫助我們發展下一代更好的人工智慧計算的方式；另一方面，我們最終的目的是希望達到人腦和人工智慧高度地融合，這種高度融合的前提就是這兩種信息的存儲方式必須是能夠兼容的，如果人腦的存儲方式和計算機的存儲方式是不兼容的，這樣的一種融合就是沒有前提的。所以，我們的研究是希望從這兩個角度來揭示人腦工作的方式與人工智慧的區別。

以此為基礎，我們進一步的想法是說，如果我們知道人腦及電腦的特徵是什麼，以後就可能有更好的人腦與電腦的融合方式。但更重要的是，在這個時候我們就會覺得可能人腦以後的學習會發生一個根本性的變化。

以前我們的學習更多是以知識的記憶和存儲為主，如果我們有一個外在的，基於手機、互聯網的存儲設備，那麼我們可能會把很大部分的資源釋放出來，而不去做這些學習和記憶的事情，可能能從事更複雜的工作。這個時候對我們人腦的學習的目的以及學習的方式，以及我們未來人機交互的方式都會發生很大的改變。

薛貴

洪波：薛貴老師的團隊在做兩個非常重要的工作，對我也很有啟發：人腦和人工智慧系統，在某種程度上可能是同構的，有一種相似性，因為目標都是要實現某種智能，他們通過腦電研究這兩個系統之間有怎樣的相似性，不僅有應用的意義，也有哲學上的意義。薛貴老師展現了一個美好的前景：未來我們大概不需要背《唐詩三百首》，也不需要學高等代數，有一些知識可以用更快的方式加速學習。

但是這種方式中間有一個最大的障礙，也是薛貴老師提到的：怎麼能夠把這兩個系統的編碼統一起來，能夠放到一個框架裡面，讓它們相互交流，這是一個巨大的挑戰。

我還有一個問題：是不是照著前面提到的這些路徑發展，人類將不再是今天這個樣子，我們如果真的實現了人腦和人工智慧系統之間的融合，從醫學倫理、生命倫理的角度，兩位教授又有什麼樣的看法？這樣的世界真的是我們想要的嗎？

李遠清：人工智慧有一天如果真的到了一個很高的高度，那可能是件很危險的事情。我們研究人員有時候也有點擔心這個問題，假設人工智慧真正變得「非常厲害」之後，變得不受人控制，那時候怎麼辦？或者在人腦和人工智慧完全融為一體之後，我們人類自己也好，或者這個社會也好，可能變得面目全非，在我看來這恐怕也還是一件很危險的事情。

但是不管怎樣，人工智慧既然能為我們人類造福，這個事情我覺得還是應該去做的，包括診斷、治病以及各種各樣的工作上的輔助，皆是應該做，也是值得做的。未來我們是不是應該考慮，在利用人工智慧為我們造福的同時，也確實要防範那些負面的影響？答案是肯定的，這是我的一點理解。

洪波：李老師很謹慎。

薛貴：這是非常值得我們現在去嚴肅考慮的問題，可能在過去很多年，我們覺得它是一個童話，即使在現在這個時候，我們仍覺得它離我們所想像的應用還非常遠。

但就像洪波教授講的，現在已經進入到了快速發展的階段。從我們能夠記錄到大腦信號的角度來講，在過去幾十年內，大概是每七年記錄的信號就會翻倍，但這個速度隨著未來幾年技術的發展會大大地加快。所以，我們能夠記錄到的大腦信號會越來越多。

另外一個方面，隨著深度學習等方法的應用，我們解碼大腦信號的能力也會大大加強，現在我們可能還只能解「上」「下」「左」「右」這樣幾個簡單的動作，但很快我們就可以解碼你想說什麼、你要做什麼樣的事情，很多複雜維度的解碼我們是能夠實現的。

如果我們記錄的信息量加大，我們的解碼能力就會提升，腦機介面未來的潛力是非常大的。李教授剛才提到，我們現在用它來幫助殘疾人、行動不方便的人，但是，如果效率再進一步提升，它超過了我們現在人腦所能處理的範圍，腦機介面就會從「補償」晉陞到「提升」的程度。

這個過程所帶來的很多思考和未來很多的變化是我們不可想像的。就像以前講南非有一個殘疾人運動員，他裝了一個假肢，參加殘疾人奧運會。現在我們覺得這個沒什麼，但想像一下，如果他在假肢裝上以後，能夠跑得比博爾特還快，以後會怎麼辦？這是一個很現實的問題。

有科學家預測到2020年的時候，腦機介面傳輸的速度可能趕上我們說話的速度，到2025年，將會超過我們現在的傳輸速度。技術在帶來效率上提升的同時，也會帶來倫理性的問題，這是我們現在需要深入思考的。

再比如，技術的發展對安全性、公平性等等很多方面都會帶來影響，我們是否可以開始去討論這些問題？大力發展技術的趨勢是不可阻擋的，有人說我們不能做，這太危險了，但從另一方面來看，可能也沒有那麼危險，就像以前研製原子彈一樣，大家說原子彈多了地球就會毀滅，但是我們現在擁抱了原子彈，地球卻也沒有毀滅。

其次，即使很危險，人類也沒法阻擋，你不做還有別人在做，所以這個時候我們一定會積極地去擁抱。但是，在這之前我們還是要做好非常多的、相關的準備。

洪波：薛貴老師更加樂觀一點，我提供最樂觀的版本：《阿凡達》中的納美人每個人都有一米長的神經介面，在納美人之間沒有謊言，所有人都以真誠的、直接的思維來交流。如果未來是這樣的話，也許我們的社會形態也會發生很大的變化，我們的倫理原則也會發生非常大的變化。就像今天的手機一樣，其實我們每個人都被手機聯結到了一個所謂的人類共同體裡面。回到今天這個會議的主題，AI生萬物，其實最根本的倫理是人類生存的最終極的價值，是人和人之間的所謂的愛與關懷、真誠。

今天的討論就到這兒，希望給大家啟發，也希望有更多的人加入這個激動人心的領域。

*註：本文整理自對話實錄，未經演講嘉賓審閱。

製版編輯：Livan |

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