脑机接口那点事儿

这个文章讨论以下几个脑机接口的难点：控制维度，高级概念，植入材料，电源，免疫细胞侵入，电流干预实验

2. BCI 发展最好的是运动控制。用植入芯片收集到的脑电信息来控制外部机械手（或外部机械组织）。

国外最强的组（匹大的Andy Schwartz也算其中之一，我和我前老板都在这个大组），能做到双手控制12-13维。

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下图就算匹大的实际实验图

也就是能双手，每个关节都能动，能平移，旋转，抓握。

可话说回来，如果不是高位截瘫（从颈椎以下都瘫痪），何必要受这个罪植入芯片呢？

首先这要开颅，第二脑袋上的padestal是不缝合的，一直有个玻璃小窗。因为现在的BCI是不能无线的，还要接电线！

芯片从padestal出来来需要真实存在的物理电线连着。

病人受了姥姥罪了。每次来，我们都要小心这么高位截瘫的人是不是会细菌感染。

所以我说，胸椎以下的截瘫，只要有部分肌肉能动的，用肌肉电控制假肢比脑电强多了。不受罪，还信号强。

深圳先进研究院这方面做得就很不错了。

2. 国内做BCI 可能就2-4维的水平。还有一些国外大学的很fancy的让人惊叹demo，其实纬度也不高。

比如说明尼苏达的Dr. Bin He做可穿戴脑电（非植入），是没有伤害，而且可以控制小无人机。（如下图）

但是仔细琢磨一下就会发现，控制无人机虽然看上去很厉害，但实际上控制3个维度就行了（上下前后左右）。不需要像手那样，控制N多个维度（所有的关节），其实简单多了。

2. 除了运动，还做的比较好的是语音识别。把芯片植入语言区，能区分英语国际音标的原音辅音。UCSF的Edward  Chang特别厉害。两年前就发了N篇Nature。我曾经想申请去他那里，还去面试了，不幸被拒。

但这不妨碍我对他脑残式崇拜，以及对他创新性的欣赏。

但是你们仔细想想，这其实也没有几个维度。因为原音辅音虽然多，但是大多数都被几个发音器官所控制。

只要能解码舌头在哪里，上颚在哪个位置，嘴唇形状等等，就可以。如下图所示，在大脑语音区，准确接出来，舌头，嘴唇等发声器官的分布，实际上就可以解开语音。

2. 运动和发音之外，高级人类语言和概念解码就属在卡梅的老板（Marcel Just）和Tom Mitchell做得比较好了（08年就发了篇science，大家可以看这篇跨时代paper）

但他们不是植入性设备，不做开颅手术，只是用核磁和MEG等收集大脑信息。

用不侵入方式来看看能不能解码一个人思维。比如08年的Science paper就算用预测模型，来解析人类脑海中的词汇。

比如，你能预测出来“飞机”和“芹菜”这两个概念，在大脑中激发的活动的图像。如下图所示。

当然MIT和哈佛有个组与卡梅并驾齐驱，还有西门子公司有个组很牛。现在三个组最强的结果都是，如果给你一个段落（小的教科书段落），可以解出来大概话题（比如你看的是分子化学啊，还是生态学啊，还是水产养殖一类）。

高级概念太难了。原因是维度太高。人类语言概念是高维空间，差一点，解码意思就差十万八千里，不是靠运动语音这些低维空间得来的信心就可以解的。

2. 以上所有这些进展，都是“接收大脑信号”，不是“干预大脑”。TMS这种非侵入式干预很粗糙，半径N厘米，根本没法准确干预大脑一个进程。

比如Musk 公司说治疗癫痫。其实大多数植入实验早就都在医院癫痫病房展开。

electrocorticography这个技术就起源于癫痫监控。

啥意思？有些癫痫病人太厉害了，必须做手术挖掉部分脑组织。为了知道具体那个部分是引发癫痫的，让医生好准备手术，就给病人停药好几天，植入芯片，来map癫痫发病源。

这么干至少十几年了。也有人开始说，我们可不可以注入电流，来干预癫痫。这种研究还在萌芽和起步阶段。

当年我去Edward Chang实验室，他把我拒了也是因为我不会做电干预，他想往电干预方向发展。

Fridley. 2012 讨论了用RNS（responsiveneurostimulation来治疗癫痫）。

总之这不是什么黑科技了，医疗行业能用的都用了，不能用还在萌芽阶段。

2. 就像我前面说的，cortical植入设备最大问题是有线，没弄成无线的。电池也不能植入在大脑里啊！

当年我前老板给NIH写个U01，就是想搞无线设备。然后不幸被拒。（实际上我觉得那个是非常跨时代的项目）

话又说回来，从NIH立场上，现在BCI的大瓶颈，除了脑科学，还有材料学。

植入的材料，2年内就被大量免疫细胞包围（没办法你这是侵入外物啊），不导电了，你再弄个无线传输，不是更麻烦。

所以，BCI的瓶颈也是材料学瓶颈。

7. 把上述问题都解决了（控制维度，高级概念，植入材料，电源，免疫细胞侵入，电流干预实验），怎么也得20年吧。

感觉Musk选择小鸟来当动物模型，也是因为他知道，人类实验不好做。

做个鸟唱歌的demo，既能哄住投资人，又科学不难。

以上，虽然我说了很多技术瓶颈，但我对这个领域的科学家们，包括我提到的所有人和没提到的人，都怀有无限的敬仰和敬意。

我只是说现实问题很多，需要给他们时间。