中外院士谈脑机接口应用前景,跨学科人才共同研究成为新课题

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· 6月26日

神经领域的全球顶尖专家一致认为,脑机接口目前重点聚焦大脑修复,如果要取得更大的进展,需要多学科领域的交叉研究,材料学和工程学方面的能力必不可少,而且伦理问题需要十分关注,专家都希望跨学科人才加入脑科学行列。

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中外院士谈脑机接口应用前景,跨学科人才共同研究成为新课题

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华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授(左)和中国科学院院士段树民(右)(图片来源自TCCI)

华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授(左)和中国科学院院士段树民(右),线上是美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)教授
(图片来源自TCCI)

 

6月25日上午,“对话大脑”(Brain Talk)院士论坛第一讲在上海举办。(点击钛媒体App直播间可以查看回放)

这一论坛由天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute,TCCI)转化中心与中国神经科学学会神经外科学基础与临床分会共同主办。中国科学院院士、复旦大学脑科学转化研究院院长段树民院士,美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)教授以及华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授探讨了脑机接口技术的最新进展。

TCCI创始人陈天桥说,推出“对话大脑”论坛,是希望倡导一种“打破砂锅问到底”的科学精神,让青年科学家追问国际大咖,让非专业人士追问科学家,吸引更多的科学家共同探索脑科学的边界,吸引更多的公众共同关心和支持脑科学。

在现场,神经领域的全球顶尖专家一致认为,脑机接口目前重点聚焦大脑修复,如果要取得更大的进展,需要多学科领域的交叉研究,材料学和工程学方面的能力必不可少,而且伦理问题需要十分关注,专家都希望跨学科人才加入脑科学行列。

段树民:呼吁跨学科人才共同研究脑科学

段树民院士在演讲中表示,生物学对于大脑的研究当然非常重要,但是我们越研究到后面越发现,人脑的机制太过复杂,生物学知识仅占了其中的一小部分,有更多的未解之谜需要我们通过交叉学科的研究来探索和解决。所以学院中特别希望有更多的跨学科人才,比如学习数学、物理、化学、计算机的人才加入进来,加速脑科学的研究。

安德森教授也赞同段树民院士提倡的脑科学的发展需要交叉学科研究人才。他指出,最近发现量子科技能够很好地与脑机接口技术相结合,中国有非常优秀的量子科技人才,欢迎他们加入脑科学研究行列。

段树民院士还从生物智能与机器智能出发,探讨了脑机接口对人类大脑功能的扩展前景,提到了人工智能可以从人脑现有的优势如自我意识、创造性和情绪情感进行研究上的突破。

段树民表示,过去对大脑的研究主要停留在微观层面,从分子细胞水平去研究大脑已经很清楚了,包括大脑细胞如何发现、传递信息等,但仍然不能说已经知道“大脑如何工作”,这主要是因为缺乏神经环路的研究,这是脑高级功能研究的关键点和难点所在。

他认为,目前在分子细胞水平上对大脑的研究已经较为透彻,但由于缺少对神经环路的充分了解,我们目前还无法完全了解大脑的运作机制。他分享了应用于动物实验研究神经环路的最新技术如光遗传学技术,展示了使用光遗传学技术,已经可以精确地实时控制小鼠的睡眠与唤醒,恐惧情绪、以及攻击行为等。

“以往,我们认为神经元系统是一个巨大的网络,没办法进行研究,但近些年脑科学技术的大力发展,光遗传操控、标记及跨突触追踪等新技术出现,使得我们可以在神经环路研究方面有了新的研究进展。”段树民说。
中国科学院院士、复旦大学脑科学转化研究院院长段树民院士

中国科学院院士、复旦大学脑科学转化研究院院长段树民院士

段树民在演讲中展望了脑机接口的未来“幸福脑”,即不仅应用在病人身上,更要造福于普通百姓,比如通过调控大脑内的奖赏机制,提升普罗大众的幸福感。但他同时表示,“幸福脑”并不是说通过情绪调控,让大脑只感知和产生快乐和幸福的意识或情绪,喜怒哀乐都是情绪的组成部分会对大脑的全面发展有重要的作用,一般来说大脑是可以承受的。我们要研究的是,如何缓解特别痛苦、已经严重影响身心健康的情绪,提升精神和心理健康水平,比如治疗创伤应激症等精神疾病。

在谈到脑机接口目前面临的最大挑战时,段树民院士称,脑机接口涉及大脑信息的收集、解码以及输出,目前最具挑战性的环节是信息的解码,这需要多种计算机领域新技术的支撑。

段树民强调,因为大脑太复杂了,仅仅从生物学无法解决许多问题,而跨学科的人才加入进来,将对整个脑科学研究的发展十分有益。

安德森:脑机接口目前重点聚焦大脑修复,伦理问题需要持续关注探讨

美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)教授在直播连线演讲中指出,目前的脑机接口项目仍然重点聚焦大脑修复,对于如何增强大脑能力,包括实现心电感应,仍然有很长的路要探索。
美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)教授

美国科学院院士、天桥脑科学研究院加州理工学院脑机接口中心主任理查德·安德森(Richard Andersen)教授

他从脑机接口帮助瘫痪病人实现抓取运动的研究入手,深入浅出地讲解了脑机接口的主要过程,包括信号的提取、解码和调控。Andersen教授提到研究主要关注后顶叶皮层的脑区(PPC),相较于运动皮层,PPC既能编码运动意图,还能编码动作执行。PPC还包含了运动目的的相关信息以及能够同时参与两侧肢体的调控。他还分享了使用双向脑机接口,通过皮质内微刺激让人体产生本体感觉和皮肤感觉的研究,进一步让大众了解了神经编码与身体感知之间的具体对应关系。

安德森教授强调,目前的脑机接口仍然是侵入式的有创解决方案,这会很大程度减少人们的接受度,未来无创解决方案的探索将有望大幅提升脑机接口的应用场景。他同时提醒应该关注伦理问题。

对于脑机接口何时可以实现他曾预言过的电脑与人脑合二为一,用意念就可以拨打电话、收发邮件和上网搜索,以及如何看待可能出现的伦理风险等问题,安德森教授回答指,这些远景涉及到的大多是功能的“增强”,而现在脑机接口更关注于功能的“修复”,对于大脑功能的增强的研究道路很长,但我们已经取得了一些进展,未来我们需要向非侵入技术不断迈进,将脑机接口的成果不仅应用在临床医学领域,更要应用到普通人群中。

此外,人工智能、云计算等科技相关领域的企业高度关注脑机接口技术的进展。科创板上市公司、云计算企业优刻得创始人季昕华自称是脑科学忠粉,他表示自己非常关心脑机接口未来的消费级应用前景。

对此,安德森教授回应称:“脑机接口的商业化前景很大程度上仍然聚焦在学术和工程层面,但是现在一些企业也正在将学术研究转化为商用产品。我认为材料科学和工程学相关领域的技术进步也有望加速研究向临床应用的转化。”

据了解,“对话大脑”院士论坛主办方之一的天桥脑科学研究院,是由盛大集团创始人陈天桥和妻子雒芊芊在2016年私人出资10亿美元成立创建的,主要聚焦大脑探知、大脑相关疾病治疗和大脑功能开发三大领域研究,旨在支持、推进全球范围内脑科学研究,造福全人类。

成立5年来,天桥脑科学研究院一直积极支持全球范围内的脑科学学术交流和科普。

目前,TCCI一期投入人民币5亿元支持中国的脑科学研究,与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所(又名TCCI转化中心),致力于提升脑健康和脑疾病治疗研究和成果转化。后又与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作设立了应用神经技术前沿实验室,投入相关技术的直接开发和研究。

在国际上,TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院,设脑机接口、社交与决策神经科学、系统神经科学、分子与细胞神经科学、大脑成像、神经科学教育等多个中心,重点关注大脑基础研究。TCCI还在全球持续支持了包括中国,欧洲,日本,美国等国家神经科学年会。TCCI已经成为全球最知名和最大规模的支持人类脑科学研究的研究机构之一。

天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖在现场表示,“对话大脑”院士论坛将有望长期举办,至少一个季度一次。TCCI最终希望这一论坛要做成脑科学高端国际学术交流和科普讲座,不仅吸引业内人士,也要吸引对脑科学感兴趣、受过良好教育的非专业人士。

(本文首发钛媒体App)

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