米格尔·尼科莱利斯  受访者供图

他被称为“脑机接口之父”。这或许能够概括美国杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）对这个领域的突出贡献。

2014年，全球逾十亿观众见证了他和脑机接口研究的一次“高光时刻”—— 一名全身瘫痪的青年借助一副“机械战甲”外骨骼成功为巴西世界杯开球。

故事到这里尚未结束。近日，尼科莱利斯在接受《中国科学报》独家专访时介绍，这位脊椎损伤等级曾被评定为T11以下的瘫痪青年，如今已经基本恢复了自主行动能力，开始了新的生活。

尼科莱利斯坦言，最初并未想到能走到这一步，“有时基础科学能引领你到达从未想象过的地方。”

诞生22年来，脑机接口已从科学概念应用于临床康复医疗，并成为商业界的宠儿。“隔空玩手机”“存储或替换记忆”“意念传递至云端达到数字永生”……这些关于脑机接口的商业畅想被一些人称为“元宇宙的终极形式”。不过，尼科莱利斯认为应该理性看待一些“营销式”的假想。

如今，尼科莱利斯仍在探索下一代脑机接口在治疗神经性和精神性疾病患者方面的潜力。谈及对脑机接口等前沿技术的未来应用时，他表示：“科学伦理是非常重要的一个问题，我们需要带着责任一步步地谨慎前进，始终允许社会公开讨论一项技术是否应该被应用以及应用到何处。”

高潮和低谷

二十世纪九十年代，尼科莱利斯师从哈内曼大学教授约翰·切宾（John Chapin）一同研究大脑功能。

当时，脑神经科学有两种主要猜想：认为神经元是连续网络的“分布论”和神经元各自独立运作的“局布论”。20世纪的大部分时间，后者都是主导性的声音。

尼科莱利斯和切宾显然属于少数派。他们认为不能把神经元个体看作是大脑运作秘密的全部，应当将大脑皮层想象成“强大的时空连续体”。

基于此，他们做了大量开创性的工作并开发了一系列崭新的方法，了解大量神经元如何在动物行为中协同工作，并在老鼠和猴子执行某些任务时记录它们成百上千个脑细胞的电信号。

1998年的某一天，他们意识到已经可以记录100多个老鼠和猴子的脑细胞信号，需要一种新范式和技术来测试关于大脑功能的一些假设，于是产生了把大脑和机器连接起来的想法。随后，他们将这个方法命名为“脑机接口”（BMI）。

2000年，尼科莱利斯在《自然》杂志发表了一篇关于脑机接口的评论文章，这个名字很快被全世界使用。

“一言以蔽之，脑机接口是一种让大脑与机器直连的方法。”尼科莱利斯向《中国科学报》解释，通过这种方法可以实时采集人或实验动物准备移动身体时大脑发出的电信号，并记录相应的大脑活动，然后将其转化为能够发送至人造执行装置的数字指令。

一开始，尼科莱利斯和切宾创建了脑机接口这个研究大脑的新范式。后来他们意识到这将具有非常重要的临床意义。

在20多年的时间里，他们不断朝着目标迈进——

2000年，第一次实现让猴子通过脑机接口在体外控制机械臂；

2004年，第一次进行人类脑机接口演示；

2006年，让美国一只猴子通过脑机接口控制千里之外在日本的机器人行走；

2013年，让猴子使用脑机接口实现遥控操纵轮椅，这个实验清楚地表明人类也可以做到；

2014年巴西世界杯开幕式，在六万多名现场观众和十二亿电视、网络观众的注视下，巴西瘫痪青年朱利亚诺·平托（Juliano Pinto）为当届世界杯开球……

“有太多这样难忘的时刻，我们可以讲上几个小时。”尼科莱利斯向《中国科学报》回忆，就在开球前几秒钟，所有的思绪在那一刻在他头脑中翻飞，过去十多年实验室的每一次成功在他脑海中闪过。

巴西世界杯前，平托因为车祸导致脊柱T4以下身体瘫痪已经9年。通过参与尼科莱利斯发起的“重拾行走计划（WAP）”，他利用脑机接口将采集自大脑的信号绕过脊椎损伤部位，以数字形式传输至可穿戴式的全新机甲中，控制该机甲完成开球任务。“平托行走的一小步，是脑机接口技术发展的一大步。”当时的电视转播解说员如是解释。

故事到这里尚未结束——经过10个月的训练，平托的脊椎损伤等级评定为T11以下瘫痪，7节脊椎恢复了感知、活动和运动控制功能。据介绍，今天平托已经基本恢复了自主行动能力，开始了新的生活。

脑机接口不仅把患者的大脑从身体的局限中解放出来，还让患者恢复了一定的自主活动能力。尼科莱利斯坦言最初并未想到能走到这一步。“这说明有时候基础科学能引领你到达你从未想象过的地方，带来意料之外的发现。”他说。

如今，已有近30个国家和地区的科研团队围绕WAP开展合作研究。在我国，北京宣武医院2018年成为亚洲首个加入该计划的机构，探索脑机接口外骨骼机器人在截瘫患者康复中的具体应用。2021年，在与中国北京宣武医院开展的临床试验中，一位瘫痪6年的女性病患在经过半年多的治疗训练后已经能在使用助行器的情况下独自行走。

对于尼科莱利斯来说，成功的兴奋和欢愉背后也有不为人知的艰辛和质疑。

一开始，即使他们已经通过猴子实现了使用脑机接口操作外部设备，一些人仍不相信人类能做到这一点。在美国，他们说服一些拨款机构和大学研究者接受脑机接口应用的构想有着很大的阻力。

“最初那几年，可真不容易。因为有不少科学家非常保守，在一个新事物的初期他们怀疑一切。”尼科莱利斯说，“我们很难说服所有人，就持续发表着实验结果。”

质疑者最终被事实折服。2004年，尼科莱利斯和切宾发表了第一篇关于人类脑机接口受试者的论文：在用于治疗帕金森症的神经外科手术过程中，让11位病人通过脑机接口全部实现仅凭脑部活动操作电子游戏。这一里程碑研究2004年登上了《神经外科期刊》的封面，让所有人相信人类能够使用脑机接口。

此后，整个领域开始腾飞，并在世界范围内迅速扩张。

“治疗十亿人”

在获得全球瞩目后，尼科莱利斯仍在拓展着脑机接口理论和临床应用的新边界。例如2014年他们提出针对帕金森症脑电刺激疗法，实现了首个无线WIFI控制脑机接口；2015年提出联通多个大脑的大脑网络基础架构；2016年率先进行了脑控轮椅与驾驶导航的实验；2018年进行多脑同调实验，以及针对癫痫、阿尔茨海默症、中风的脑电疗法研究，等等。

“脑机接口可能适用于所有领域，但在医学领域的率先应用是最可行的，也是现在更普遍和广泛的。”他说，这可能会成为未来几年内推动这个领域发展的主要应用方向。光是他的团队现在就有针对很多不同疾病的应用，未来还将包括基于“大脑网络”的远程治疗。

尼科莱利斯将当前的脑机接口在医学领域的应用划分为两代技术。第一代“脑机接口”（BMI），从大脑电信号中获取信号，并将其传递给控制设备，如机械手臂、电脑程序，甚至可以是虚拟的身体；第二代“脑-机-脑接口”（BMBI）可以监测大脑活动，检测病理信号，然后把治疗信号传回大脑扰动正在产生的病理状态，如帕金森症或慢性癫痫。“由内而外的单向控制和内外互通的闭环，这就是两者主要的区别。”他说。

在2021年底发表于《国家科学评论》的一项研究中，他指出，BMBI将是下一代神经假肢的基础，将其与各种神经刺激相结合，或将为全球数亿罹患神经性和精神性疾病的患者提供非药物性的个性化治疗。

据介绍，除了最初的脊髓损伤瘫痪康复，WAP现已发展到包括许多其他疾病的对症治疗，如中风、帕金森症、慢性癫痫。“我相信即使是抑郁症等精神疾病也可以在基于脑机接口核心概念的疗法中受益。脑机接口或将成为一些已知药物的替代疗法，用于治疗各种神经疾病。”尼科莱利斯说。

为此，他提出了一个口号：治疗十亿人。根据世界卫生组织相关统计，全世界有10亿人患有某种神经性或精神性的大脑紊乱病症。尼科莱利斯认为脑机接口研究的主要目的是为这十亿人提供选择，使其改善和恢复因大脑的某些疾病或创伤所损失的一些生理功能，提高生活质量。

“经过20多年的基础研究和临床研究，我们进入了一个新的实操阶段，让不同类型的针对性临床方法造福世界各地的病人。按照医学新兴领域的自然发展规律，我认为未来十年有望见证脑机接口在许多应用方向的集体爆发。”尼科莱利斯说。

那么，在医疗之外的其他领域，脑机接口会带来哪些改变呢？尼科莱利斯畅想：它们可帮助人们进行任务强化训练，提高（如体育竞技等）高性能运动的行为能力；基于脑机交互以及大脑工作机制开发新型计算机；使用通过意念控制人造工具，在地球客厅中感受火星红色沙丘上的行走……最终，脑机接口或将让人类的触及范围追上人们探索未知领域的野心。

让尼科莱利斯难过的是，合作了34年的老师、同志和密友约翰·切宾最近在美国辞世。提起“脑机接口之父”这个荣誉称号，尼科莱利斯认为这是对切宾和自己在这一领域渡过重重困难做出开创性工作的极大认同。“这一成就是约翰和我两个人一同创造的。”他说，“或许称脑机接口‘这个孩子’有两个父亲更适合。”

“骰子已经掷出”

2015年，巴西世界杯过后第二年，尼科莱利斯出版的《脑机穿越》一书迅速风靡世界。该书以一则典故结尾引人深思。

卢比孔河，曾是古罗马与其殖民地高卢地区的分界线。古罗马有一条法律规定，在外征战的军官，谁也不可以带着军队跨越这条河进入罗马本土，否则就会被视为叛逆。公元前49年，凯撒统一高卢之后打破了这个禁忌。渡河时，他说了这样一句话：“骰子已经掷出！”（The die has been cast!）从此，他迈出了征服欧洲、缔造罗马帝国的第一步。

现在，尼科莱利斯和神经学家们已经跨越了思想和技术的河流，站在了“卢比孔河”的对岸，脑机接口会带人类走向何方？

当尼科莱利斯展望其对于人类健康的福祉时，走向商业领域的脑机接口也在引发人们对未来世界的无限遐想。例如，商业大咖埃隆·马斯克曾展望通过脑机接口无需言语实现思维相通、进行记忆存储或替换、将大脑意念传递至云端达到“数字永生”……有人称此为虚拟现实世界“元宇宙”的“终极形态”。

不过，尼科莱利斯直言，他对马斯克的这些想法“并不感冒”，马斯克的一些假想都永远不会发生。“他更像是做营销的，对神经科学知之甚少，只是试图通过营销其他领域的想法来赚钱，我们称之为‘炒作’。”他对《中国科学报》说。

关于脑机接口是否会成为“元宇宙的终极形态”，尼科莱利斯表示，这不是一个“赞同”或“不赞同”的问题，更应该是一个需要深思的哲学问题。“关键问题在于，我们要用它来做什么？进入元宇宙能带来什么好处？为什么我们需要虚拟存在？”他说。

在尼科莱利斯看来，人是社会性动物，需要在现实生活中与其他成员互动的真实社交。完全沉浸在虚拟世界中具有“副作用”，如人的大脑将会改变，产生不同的行为，并失去一些作为“人类”的重要行为。“从这个意义上讲，元宇宙是一种倒退，因为它将人们从真实的社会存在中排除出去。”他说。

“我们已经有诸如孩子沉迷于电子游戏和因特网带来的问题，我担心如果我们花更多的时间在虚拟世界里，可能会产生更多问题。”尼科莱利斯说，“所以，我不太喜欢不负责地引进技术，却不去考虑它会对人类产生什么影响。”

在脑机接口技术迅猛发展并逐渐得在各领域得以应用的当下，其带来的一个隐忧是，它是否会冲击未来“人类”定义的边界。如果一个人同时受其大脑和机器控制，甚至可能被移植的猪脑和机器控制，那么他还是“人”吗？

对此，尼科莱利斯直言，“机器控制人”等设想只是又一个糟糕的科学幻想。因为目前的脑机接口所能记录和利用的脑波相对有限，无法对深层脑部进行直接干涉，在现阶段以及可以预见的临近未来，这些想法不会成为现实。

未来，尼科莱利斯认为社会大众和科学伦理应当作为技术发展的安全阀。“科学伦理是非常重要的一个问题，人们需要带着责任一步步地谨慎前进，始终允许社会公开讨论一项技术是否应该被应用以及被应用到何地。”

“我们在使用脑机接口减少病痛、提高人们生活质量的同时，也要意识到这项技术不应该被用来伤害人们。”尼科莱利斯说，自己和切宾都曾直言不讳地表示，不会支持将脑机接口用于任何军事目的。

尼科莱利斯认为对于全世界科学发展来说，这是一个极其重要的时代。“新冠肺炎大流行表明科学对人类生存和健康的重要性。每个国家都应该支持她的科学部门和科学家，我们应该看到科学对整个星球的基本人道主义使命。”他如是说。

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