“人和機器的融合才是真正的人工智能。因此，生物智能與腦機接口技術作為人工智能最關鍵的核心技術，將重塑未來產(chǎn)業(yè)形態(tài)、科學范式和社會結構。值得科學界、產(chǎn)業(yè)界，包括國家戰(zhàn)略層面的高度關注和投入?！苯?，中國科學院院士鄭海榮在科技創(chuàng)新院士報告廳第15期的演講中表達了對生物智能和腦機接口技術的高度關注和期待。該活動由深圳創(chuàng)新發(fā)展研究院、中關村產(chǎn)業(yè)轉型升級研究院、深圳企聯(lián)等機構共同主辦。

中國科學院院士鄭海榮發(fā)表演講。

以下內容根據(jù)鄭海榮院士演講記錄整理，經(jīng)演講者審定：

自從互聯(lián)網(wǎng)誕生以來，持續(xù)生成了海量數(shù)據(jù)。個體通過朋友圈、微信、小紅書、抖音等社交媒體平臺，普遍成為了信息的創(chuàng)造者。然而，信息量的激增本身并非關鍵，新時代的核心在于如何將這些數(shù)據(jù)轉化為生產(chǎn)資料。當數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)資料，結合相應的生產(chǎn)關系如人工智能大模型技術，便能催生新的生產(chǎn)力。因此，人工智能時代的本質，即數(shù)據(jù)升華為生產(chǎn)力。

圖1 人工智能對人類社會的影響。參考鄭永年《人工智能時代的社會秩序》

如今，我們終于迎來了人工智能爆發(fā)的“天時地利人和”：算力的突破、大數(shù)據(jù)的積累、算法的革新，特別是Transformer架構帶來的注意力機制革命，使得生成式人工智能如ChatGPT、DeepSeek等展現(xiàn)出驚人的創(chuàng)造力。

技術的變革也在重塑全球產(chǎn)業(yè)格局。就像英特爾被英偉達超越、諾基亞被智能手機取代一樣，人工智能正在創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)賽道。中國必須抓住新質生產(chǎn)力的發(fā)展機遇，DeepSeek等創(chuàng)新成果的出現(xiàn)，讓我們看到了中國科技突破的可能。但與此同時，我們也要認識到人工智能帶來的深層社會變革：數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料，算法可能形成新的壟斷，社會分層可能加劇。

特別是在醫(yī)療健康領域，醫(yī)療數(shù)據(jù)的多源性、海量性、多樣性、實時性及大規(guī)模性，為AI技術提供了廣闊的應用場景。而當前醫(yī)療體系面臨雙重挑戰(zhàn)：一方面需要突破經(jīng)驗醫(yī)學的固有局限，另一方面亟待實現(xiàn)傳統(tǒng)醫(yī)學的現(xiàn)代化轉型，構建更加智能化的診療系統(tǒng)。

圖2 人工智能帶動生物醫(yī)學技術變革

一、未來人類掌控人工智能最高形態(tài)的抓手——腦機接口

什么是腦機接口？我想給大家一個更生動的理解：科幻電影其實是人類智慧的延伸。比如在《阿凡達》中通過意念駕馭飛龍的場景，這不就是最理想的自動駕駛嗎？阿凡達的想法直接進入飛龍的大腦控制它。這就是腦機接口的本質，通過讀取“大腦神經(jīng)信號”并寫入“反饋指令”以實現(xiàn)控制的核心原理。

圖3 腦機接口定義

傳統(tǒng)腦機接口（Brain Computer Interface，BCI），構建了大腦與計算系統(tǒng)之間的交互范式?，F(xiàn)代智能終端，像智能手機內置的處理器構成微型計算單元，通過觸控、語音等有線通道實現(xiàn)人機交互已初步具備傳統(tǒng)腦機接口特征，然而當前交互維度仍顯匱乏，主要局限于運動指令（如手勢操作）或聲學信號（語音輸入）等初級模式。腦機接口的本質應被重新定義為腦機智能（Brain-Computer Intelligence）交互系統(tǒng)，其核心在于智能維度的對接。

從研究路徑來看，當前的腦機接口研究主要聚焦兩個維度：首先是醫(yī)療應用領域，這源于臨床需求的緊迫性。針對中風后運動功能障礙、失明等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，通過植入式神經(jīng)接口實現(xiàn)功能代償已成為最具現(xiàn)實意義的研究方向。其次是基礎認知研究維度，人類對大腦這一“生物宇宙”的認知仍處于初級階段。解析大腦這個由860億神經(jīng)元構成的復雜系統(tǒng)，需要腦機接口技術作為關鍵的觀測和交互工具，其終極目標是建立生物神經(jīng)系統(tǒng)與物理計算系統(tǒng)之間的無縫連接，這不僅是技術突破，更是人類認識自我的重要途徑。

圖4 腦機接口—經(jīng)濟與社會價值

在醫(yī)療健康領域，腦機接口技術展現(xiàn)出十分廣闊的應用前景，以神經(jīng)康復為例，杭州強腦科技（六小龍之一）研發(fā)的神經(jīng)假肢系統(tǒng)已實現(xiàn)重大突破——通過非侵入式電極陣列和神經(jīng)電識別智能模型，上肢截肢患者能夠精準控制機械臂完成彈鋼琴、書法等動作。這印證了腦機接口技術在運動功能重建、視覺修復、認知增強和情緒調節(jié)等方面的巨大潛力。

目前主要存在三種實現(xiàn)腦機接口的范式：侵入式腦機接口、半侵入式接口以及非侵入式接口。

（一）侵入式腦機接口

大腦跟其他器官不同，它被堅硬的顱骨所包裹，侵入式腦機接口通過外科手術將微型電極或傳感器穿透顱骨、硬腦膜，并植入腦實質（如大腦皮層或深部核團），直接記錄單個神經(jīng)元（或神經(jīng)元集群）的電活動信號。就像馬斯克Neuralink展示的那樣，這種高密度電極陣列可以精確捕捉到“你想喝水”還是“想說話”這樣的高級認知活動信號。

侵入式腦機接口技術已展現(xiàn)出顯著的應用價值。最基礎的臨床應用是運動功能重建——通過植入神經(jīng)芯片，脊髓損傷患者能夠重新控制肢體，截肢者可以操作機械假肢完成精細動作。Neuralink最新展示的案例，這項技術正在幫助行動障礙患者重獲生活能力。

圖5 侵入式腦機接口

但這項技術的潛力遠不止于此，腦機接口技術的發(fā)展確實正在將科幻場景逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。例如，入侵式腦機接口通過高密度微電極來“讀取”大腦信號，解讀漸凍癥患者的大腦信號，像霍金一樣在椅子上坐著動動眼睛就可以把他的想法翻譯出來，還可以做演講。還有“寫入”，如何將外部信息直接輸入大腦，就像激光打印機一樣，把外部存儲的數(shù)據(jù)直接輸入到大腦里去。如果這項技術成熟了，教育范式將發(fā)生革命性變革——傳統(tǒng)的記憶性學習可能被神經(jīng)可塑性訓練取代，學生不再需要死記硬背，而是通過神經(jīng)接口直接獲取知識。這將對“傳道授業(yè)解惑”的教育本質產(chǎn)生深遠影響，使學習過程更注重思維能力的培養(yǎng)而非知識的機械積累。

（二）半侵入式腦機接口

半侵入式腦機接口是通過微創(chuàng)手術將電極或傳感器植入顱腔內（如硬腦膜外或硬腦膜下），但不穿透腦組織。這項技術相較于侵入式技術，其侵入性較低；相比非侵入式技術，信號分辨率更高。

圖6 侵入式腦機接口

目前，清華大學洪波教授團隊與天壇醫(yī)院合作的項目就是典型代表，他們研發(fā)的電極系統(tǒng)與腦皮層保持適當距離，既提高了信號質量又降低了風險。這種“若即若離”的技術路線展現(xiàn)了東方智慧，不同應用場景需要差異化的解決方案。博?？滇t(yī)療科技與清華大學洪波教授合作研發(fā)腦機接口產(chǎn)品NEO，約兩枚硬幣大小，采用近場無線供電和無線傳輸信號，體內無需電池，終身可用。至今已完成三例植入手術，患者術后可通過BCI控制光標、輪椅，驅動氣動手套實現(xiàn)自主喝水等腦控功能，抓握解碼準確率超過90%。

國際上，Precision Neuroscience公司創(chuàng)新性地將電極陣列植入大腦血管系統(tǒng)，利用人體天然的血管通道接近神經(jīng)活動區(qū)域；澳大利亞Synchron公司則開發(fā)了可永久植入的血管內傳感器，這種設計與血管支架類似但功能更為復雜，不僅能監(jiān)測血流還能采集神經(jīng)信號。

（三）非侵入腦機接口

與需要穿透顱骨的侵入式方案不同，這種技術通過物理場效應——包括光學、聲學、磁學、電化學等多模態(tài)傳感手段，實現(xiàn)“隔空取物”般的神經(jīng)信號采集。通過穿戴式設備（如頭戴電極帽、近紅外傳感器等），從頭皮表面或顱外檢測腦電波（如EEG）、血氧變化（如fNIRS）或磁場信號（如MEG），間接獲取大腦活動信息，因其無需穿透皮膚或顱骨，安全性最高，但信號易受噪聲干擾。

在應用層面，國際上美國卡耐基梅隆大學賀斌團隊2013年利用無創(chuàng)腦機接口技術，實現(xiàn)了意念控制無人機飛行并跨越障礙。2019年首款無創(chuàng)腦控機器人手臂；NeuroLutions公司的IpsiHand上肢康復系統(tǒng)于2021年4月獲得FDA突破性醫(yī)療設備認證，是第一個FDA批準用于康復的腦機接口設備。

圖7 非侵入式腦機接口

國內，像杭州強腦科技開發(fā)的高精度腦電算法，實現(xiàn)了無創(chuàng)神經(jīng)信號實時解碼精準控制，他們的產(chǎn)品覆蓋了科研、醫(yī)療與消費市場，賦能教育、健康監(jiān)測與智能假肢控制，打造了消費級腦機交互新場景。

（四）腦機接口技術與應用挑戰(zhàn)

雖然，國內多個科研團隊宣布腦機接口進入臨床階段，能夠幫助患者重建肢體運動功能，并取得了積極進展，但當前的腦機接口仍以科學研究為主，要將腦機接口技術轉化為安全、有效且可推廣的臨床診療方案，仍需克服重大技術挑戰(zhàn)，并經(jīng)歷嚴格的臨床驗證過程，確保其對廣泛患者群體的適用性和安全性。

圖8 腦機接口技術與應用挑戰(zhàn)

國際上，最受矚目的埃隆·馬斯克創(chuàng)立的Neuralink公司，在侵入式腦機接口的臨床推進方面較為領先，然而，侵入式腦機接口是有創(chuàng)的，電極使用壽命有限，并且只能解讀電極所接觸腦區(qū)的信號。

人類大腦經(jīng)過300萬年進化形成的精密防御系統(tǒng)，會本能地排斥外來植入物，導致電極性能隨時間顯著下降甚至失效。侵入式腦機接口技術面臨的核心挑戰(zhàn)在于生物相容性。而我們追求的理想狀態(tài)是：既不破壞這精妙的生物系統(tǒng)，又能與其進行高效“對話”。

因此，開發(fā)無需開顱手術、具有更高生物安全性的非侵入式腦機接口技術，通過外部設備解讀和翻譯神經(jīng)信號以實現(xiàn)控制，是目前重要的研究方向和理想目標。

圖9 理想需求：無創(chuàng)腦信息讀寫

二、腦際通訊是生命體間信息自由鏈接的終極夢想

真正的人工智能是人腦生物智能，生物智能是最高級的智能，生物智能控制整個世界，腦和腦之間的交互，無創(chuàng)無損，本質上是一種腦和腦之間的傳輸通信，生命體之間的信息自由連接的終極載體。

未來研究大腦其實是一種科學的樞紐。近期，我們做了不少關于腦科學的研究，其中利用功能磁共振成像（fMRI）解碼大腦的高級認知活動。傳統(tǒng)的醫(yī)學影像，主要用于觀察腦部血管狀態(tài)或篩查病變，但我們的目標更進一步：利用功能磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)解碼參與者大腦中所想的故事或圖像，嘗試“翻譯”大腦的思維內容。設想一下未來通過掃描大腦，就能推演出你童年看過的某部電影的場景或情感印記。

圖10 功能性磁共振解碼應用 引自Nature、Nature Neuroscience

因此，我們依托深圳市的國家平臺：醫(yī)學成像科學與技術系統(tǒng)全國重點實驗室、國家高性能醫(yī)療器械創(chuàng)新中心，正在發(fā)展一項新的技術——神經(jīng)電成像技術，我們的目標不僅是提升診療水平，更在于深入地研究腦世界與人類未來的智慧。

無創(chuàng)超聲腦功能成像——利用超聲作為關鍵的工具，從單個神經(jīng)元到全腦功能進行研究，讓原本“看不見”的神經(jīng)電活動變得可視化，清晰呈現(xiàn)大腦皮層血管網(wǎng)絡后的神經(jīng)活動、皮層柱結構及深部核團連接，解讀大腦活動信息，理解思維內容。

利用超聲波精準調控神經(jīng)系統(tǒng)功能，例如聲遺傳學—視覺調控，調控視神經(jīng)，將其作為“眼睛腦機接口”；

超聲神經(jīng)調控—體溫調節(jié),調控體溫，實現(xiàn)類似冬眠的狀態(tài)，為星際旅行提供解決方案——“睡一覺就到火星”。

基于此，我們提出原創(chuàng)思想——腦際通訊，是腦與腦之間的通訊，所有人工智能模型最終都應服務于大腦，這項技術的核心在于神經(jīng)活動的信息編碼、成像與寫入。

圖11 原創(chuàng)思想:腦際通訊

（一）腦信息生物成像

我們最近在觀察研究的神經(jīng)活動與血管系統(tǒng)的動態(tài)關系，比如在癲癇發(fā)作時，可以觀察到劇烈的電活動，此時我們特別關注周圍腦血管的供血如何實時變化，以及血流與神經(jīng)活動之間究竟存在怎樣的關系。關于老年癡呆（阿爾茨海默?。┑母?，人們通常認為這純粹是神經(jīng)元的問題，恐怕不一定是正確的。老年癡呆很有可能是血管的問題，具體來說，可能是由于血管滲透性改變等原因，導致營養(yǎng)物質無法有效輸送到神經(jīng)元周圍，致使這些神經(jīng)元被“餓死了”，進而引發(fā)認知障礙。

回顧過去，大量針對老年癡呆的藥物研發(fā)投入了巨額經(jīng)費和漫長的時間卻收效甚微，其根本原因或許就在于機制沒找對——如果只盯著神經(jīng)元本身，卻忽視了“營養(yǎng)進不去”這個關鍵環(huán)節(jié)，未必能獲得理想的治療效果。

圖12 全腦皮層神經(jīng)血管耦聯(lián)光聲/熒光成像技術

我們在全腦的成像，這里展示的是一個更大視野的動態(tài)圖像，呈現(xiàn)了全腦皮層的神經(jīng)血管熒光成像，這已經(jīng)超越了傳統(tǒng)“醫(yī)學成像”的范疇，它實質上構成了發(fā)展腦機接口的一項基礎性技術，因為一旦我們理解了血流的動力學特征與神經(jīng)元活動的耦合機制，理論上就能夠結合大模型，通過對這些模式的解讀來推測大腦的思維狀態(tài)。

（2）腦活動神經(jīng)調控

圖13 聲場調制與超聲神經(jīng)調控

從“理解大腦”到“控制大腦”，我們利用超聲波實現(xiàn)無創(chuàng)神經(jīng)調控：用超聲波去控制神經(jīng)元放電，能夠跨過顱骨控制大腦神經(jīng)的活動。就像為大腦安裝了一套“生物打印機”，可以實時“打印”神經(jīng)指令，讓實驗鼠完全按照預設路徑行走。這些突破使得我們能夠像“遙控器切換電視頻道”一樣，用超聲波精確切換不同腦區(qū)的激活模式，為帕金森病、抑郁癥等神經(jīng)疾病的治療開辟全新路徑。

三、下一代腦機接口技術發(fā)展趨勢

腦機接口技術的突破不僅依賴于新型電極材料和器件的開發(fā)，更需要對于跨尺度神經(jīng)生物學的深入理解、復雜神經(jīng)信息的精準解碼與翻譯技術和高效、安全的無創(chuàng)神經(jīng)調控寫入技術的發(fā)展。腦機接口技術的突破性應用會率先在醫(yī)療康復領域實現(xiàn)。例如，通過視覺皮層進行光敏感神經(jīng)編碼刺激，讓盲人直接生成視覺信號；聽障者可通過聽神經(jīng)靶向調控重獲聲音感知；等等。

圖14 下一代腦機接口技術發(fā)展趨勢 引自Nature Electronics

腦機接口技術的發(fā)展引發(fā)醫(yī)療革新，推動醫(yī)療器械的發(fā)展，突破物理極限、計算極限、應用極限。以醫(yī)療機器人為例，當前醫(yī)院應用寥寥無幾，根本原因在于現(xiàn)有機器人還停留在“機械手”階段——即便能完成剝葡萄皮、縫雞蛋殼等高精度操作，但缺乏視覺、觸覺和智能決策能力，本質上仍是“機器”而非“機器人”。因此，真正的醫(yī)療機器人最終應該是智慧的機器人，集計算機視覺、觸覺反饋、醫(yī)學圖像分析、導航、精密操控、機器學習、遠程控制、人工智能等技術于一身的，這樣的智能機器人才能勝任骨科、腔鏡、血管介入、靶向穿刺等復雜手術，解決醫(yī)生在術中的定位困惑，避免誤傷血管等風險。從輔助到協(xié)同，實現(xiàn)自主化的突破，否則永遠都是機器，離不開人。

圖15 AI賦能醫(yī)療機器人：突破精細操作的極限

這種變革也要求我們反思現(xiàn)有的科研和教育體系。在工業(yè)時代，細分專業(yè)是為適應就業(yè)需求；但在智能時代，機器已取代大量熟練工作，過細的專業(yè)劃分反而成為創(chuàng)新的桎梏。所以我認為教育還是要打破學科的界限，因為創(chuàng)新本身并沒有學科的限制，牛頓、愛因斯坦的突破都源于跨界的思維碰撞。

四、人腦智能融合：AI發(fā)展的終極圖景

圖16 未來AI：數(shù)據(jù)智能 → 物理智能 → 生物智能

展望未來，人工智能的發(fā)展將沿 “數(shù)據(jù)智能→物理智能→生物智能”路徑演進。

當前我們正處于第一個階段數(shù)據(jù)智能時代，將數(shù)據(jù)作為新型生產(chǎn)資料，借助模型的強大能力，能夠完成以往難以想象的創(chuàng)作和分析工作。計算機處理海量數(shù)據(jù)的能力解放了人力，使復雜的中長期分析成為可能，這已經(jīng)為我們帶來了巨大的生產(chǎn)力提升。

人工智能的第二階段是物理智能，我們世界都是物理的，人工智能將與實體世界深度融合，通過與汽車、機器人結合等物理設備的融合，形成一個真正響應人類指令的智能物理網(wǎng)絡。

第三階段是生物智能，通過腦機接口實現(xiàn)人機融合，打破生物與物理世界的界限，讓人類大腦能夠跟物理世界聯(lián)通交互、與他人交互。正如圖靈所預見的那樣，人和機器的融合才是真正的人工智能。因此，生物智能與腦機接口技術作為人工智能最關鍵的核心技術，將重塑未來產(chǎn)業(yè)形態(tài)、科學范式和社會結構。值得科學界、產(chǎn)業(yè)界，包括國家戰(zhàn)略層面的高度關注和投入。

（整理者：林美丹。本期活動還邀請到了深圳市電子學會、深圳市人工智能行業(yè)協(xié)會，深圳市大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會、深圳數(shù)據(jù)交易所有限公司、深圳市微波通信技術應用行業(yè)協(xié)會等機構共同舉辦。）

來源：鄭海榮