陶虎談腦機接口的現實挑戰和未來發展 | 錨點

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INTERVIEW

腦機接口，曾經只存在于科幻中的技術，如今正因馬斯克的Neuralink被熱議。中國賽道同樣突飛猛進：腦虎科技聯合華山醫院，憑借自主研發的256導柔性腦機接口，讓患者成功發出了世界上首段靠意念完成的新年祝福，被譽為里程碑突破。腦機接口究竟做到了什么、沒做到什么？科幻場景將來有多少能變成現實？未來腦機接口又該如何發展？

我在中國科學技術大學的師弟、腦虎科技創始人兼首席科學家陶虎認為，過去十年來，腦機接口行業處于漸進式發展的狀態，當前該領域面臨的核心挑戰在于硬件的工程化集成，而非單點技術突破。未來，除了醫療領域，他比較看好的是“腦機接口+”的潛力，如結合大語言模型、機器人、智能控制等，賦能更廣泛的應用場景。同時，他呼吁腦機接口從前沿研究快速轉向產品落地。

陶虎

腦虎科技創始人兼首席科學家

Q：據有關媒體報道，你們在腦機接口的某些點上已經達到了世界領先！具體做了什么？中國在腦機接口領域做到了哪些世界領先？

A：

與其說世界領先，可能更多應該叫作“國內首次”。我們首次用腦機接口實現了漢語的實時解碼，而且我們是用全自主研發的技術來做整個系統的搭建，包括植入手術。從這兩個方面來看，確實具有很大的突破性。

語言作為一種更高級的功能，往往覆蓋更多腦區，它本身的機制也不完全明朗，所以相比運動腦機接口，做語言腦機接口這一塊可以借鑒的以往案例并不多，很多進展 都是我們在實踐中一步步探索出來的。

之前也有團隊能做語言腦機接口，但是做不到實時解碼，他們完成解碼大概需要10秒的時間，但是現在我們可以做到0.1秒。這樣的話可以保證每分鐘40個字左右的語言合成速度。雖然相比我們面對面的日常交流（每分鐘大概能說150~200個字）還是要慢很多，但是基本上已經可以媲美用手機發信息的速度了。

Q：語言解碼會涉及大范圍的腦區嗎？

A：

大腦是一個非常復雜的器官。我們的大腦里可以有800多億個神經元，然后每個神經元跟旁邊成千上萬個神經元都有信息和物質的交換，這使得大腦成為已知宇宙里面最為復雜的計算或連接網絡。

任何對外體現出來的大腦功能，不管是運動、語言，還是思考，其實都應該是底層相應的神經元，特別是多個（甚至是成片的）神經元，或者說是多個腦區協同工作的結果。

所以，越是涉及高級功能（如語言），相對來說需要協同的腦區就越多。這對腦機接口技術，特別是神經電極的能力，提出了更高的要求，比如說通量要更高（即需要的電極點位更多），以覆蓋多個腦區。

Q：覆蓋多個腦區意味著很多不同的地方都要采樣嗎？

A：

是的。語言合成其實有很多途徑，有的是直接的，有的是間接的。像霍金用那個眼動儀，其實更多是在做選擇題，他在26個字母上掃，掃到A就是A。這是一種間接的方式。

之前也有通過運動腦機接口來做文字或者語言解碼的，設備還是放在他的運動區，但他腦袋里先想象的是筆畫，是ABCD等字母的筆畫，然后再將其變成單詞。這是一種只需要用運動腦機接口就可以做到語言解碼的方式，但它其實更多是意念打字或者意念敲字，而不是意念合成語言。

漢語跟英語還是有很大區別的。漢語是有語調的（普通話有四聲），這一點我們需要加以利用，針對不同的語調進行調整。除此之外，回到文字本身，哪怕漢字已經發展 到簡化字這個階段，有些字還是屬于會意文字，這就意味著在漢語的編解碼機制里，語意本身參與的程度可能會更高一些。我們通過對幾例受試者做的實驗發現，這些在腦電特征以及編解碼算法、范式設計里都會體現出來。

一位本身可以說話的受試者如果想要說什么，會通過相應的面喉部肌肉把音發出來。這一過程至少會涉及兩個 非常主要的腦區：第一個是跟語意相關的，就是“我”到底想要說什么；第二個是跟運動相關的，就是“我”把這個東西說出來。我們現在就在嘗試把受試者“發”相關字的放電活動捕捉起來，同時結合其語意相關的放電活動進行聯合解碼，這樣效率會高很多。

Q：既然這位受試者本來就可以說話，為什么還要用腦機接口來讓她說話呢？

A：

她本身是一個語言區腫瘤占位的癲癇患者，手術過程中這一塊可能需要切除，切除后也許會影響她的語言功能。據我們了解，這是接受腦機接口漢語實時解碼嘗試的第一例患者。

我們不能無中生有地編一個編解碼機制，得有初始的腦電數據和樣本，所以我們必須在她還能正確說話的時候觀察她的腦電活動是怎樣的，并將其解碼出來。這樣后期如果真的有需要，就可以利用上（慶幸的是，現在這個患者整體恢復情況較好）。

而對于有些病癥，比如說漸凍癥，患者的語言功能是會慢慢消失的。針對這種情況，我們就可以在早期他還能正常說話的時候，給他植入一個腦機接口，通過這個腦機接口來進行語言功能的重塑。如此一來，后期他就可以用 意念合成語言來與外界交流。

其實，腦機接口本身還有一個很大的潛在作用，就是可以作為一個平臺工具或者輔助工具來用。現在開發的很多新藥和治療手段用在漸凍癥病人身上得到的反饋都不多，效率也是比較低的。但腦機接口作為一個“金標準”，它插在大腦里，我們就能知道這個神經元凋亡還是沒凋亡，這對藥物藥效的及時開發，甚至是不同治療手段的聯動都有幫助。

這里只是以漸凍癥為例。除此之外，像失明、失語以及成癮、抑郁等精神類病癥，情況大抵相同。腦機接口在其中更多是作為一種核心工具和手段，賦予我們更多的方式去了解大腦，而且是實時地了解。

Q：能達到這樣的效果，你們的技術訣竅是什么？

A：

一般來說，植入式設備大多是三類醫療器械（中國醫療器械分類管理中最高風險級別的器械），長期在體的比短期的（比如說術中要用的）要難一些，放在腦袋里的又比放在骨頭里的相對來說難一些。所以，相對而言，我們走的是最難的一條路線。

我們更多還是在做全鏈條的技術研發。從系統框架來講，它其實是一個微系統，前端有非常重要的用于大腦信號采集和調控的電極，用于信號處理的芯片，用于信號分析的編解碼算法，用于信號傳輸的無線協議、無線天線，以及用于維持整個系統運作的電池——我們希望將這些整體封裝成一個足夠小的package（包裝）。

它要么植入顱骨里面，要么就放在顱骨上，不能給病人本身帶來極大的負擔，而且在運行過程中，如果有大量數據需要實時處理，還不能有太大的功耗，否則一天到晚充電都來不及。

另外，功耗大還涉及發熱的問題。身體其他地方有一些熱我們或許還能忍受，但大腦只要提高兩攝氏度，人就會休克，這也是我們需要控制的。所以很多時候，我們這個領域做的事情其實是一種妥協。

Q：可能是單看每一項，每一項都不難，但集成在一塊兒就會變得非常難。

A：

所以，我們一直說自己做的是腦機接口的接口，就是讓電極跟芯片接口能匹配，芯片跟算法接口能匹配，算法跟無線通信能匹配。

Q：這個維度聽起來很有趣。據我所知，米格爾?尼可萊利斯（Miguel Nicolelis）在2014年巴西世界杯的時候做了一件非常有意思的事情：他借助腦機接口和外骨骼技術成功讓一位截癱青年為世界杯開球。為什么我們現在看起來還是在做類似的事情？十年過去了，難道這個領域進步如此之慢嗎？

A：

如果只是用意念開球，根本不用植入式腦機接口，因為不需要踢得有多準。但是運動本身也有流暢度、自由度、實時的延遲等維度的比較，這個是永無止境的。現在大家 就是在（試圖讓截癱人士）從簡簡單單踢個球轉變到可以像正常人一樣踢球，這中間雖然在不停地迭代優化，但還是差得很遠。

在我看來，這十年所取得的只能說是很漸進式的變化，還沒有顛覆性的變化。我內心有自己的判斷標準。第一個就是把病人變成“正常人”。比如說語言，如果語言合成的速度能達到我們正常說話的速度，我認為這就是一個很重要的里程碑。

下一個里程碑是看什么時候能夠超過正常人的速度。腦機接口是什么？它是繞過我們的五官四肢跟外面直接建立聯系。比如說運動，如果我們針對某個單項技能使用腦機接口這種運動控制，它可能確實會比人的操作還要快。在我看來，這也是一個里程碑，不過目前還沒有見到。

人體最發達的就是大腦。可以說，我們的五官四肢是配不上我們的大腦的，無論是數量上還是質量上都配不上。例如，數量上我們只有兩只手，質量上我們的視力也比不過老鷹。但是隨著硅基技術的發展，現在我們有了傳感器， 它比老鷹看得還準；我們也有了機械手，可以做8個機械手、10個機械手，這完全沒有限制。

也就是說，現在我們有了比自身五官四肢更好的外部設備。即便如此，在性能功耗比方面，我們依然沒有看到任何一個計算機比大腦更好。腦機接口就是要把我們的大腦跟外面更強的執行器、傳感器連接起來，但里面的核心技術一直沒有太大的突破。這里的突破指的是能夠安全可靠地大規模進行神經編解碼的分析。

它的核心技術卡在什么地方呢？神經電極的通道數依然很少。從早期的1個通道、4個通道到目前為止依然在用的100個通道的猶他電極，以及以埃隆·馬斯克為首的團隊終于做到了幾千個通道……我們深刻意識到，在硬件上有所突破，才能做到更高效率的編解碼。但總體來看，我們在硬件上其實一直沒有太多突破，這是因為在腦科學領域，做硬件、做工具的人太少。

神經科學家有很多，也許是因為破解一些未知的科學難題更吸引人，相比之下，做工程就沒有那么吸引人了，再加上硬件本身投入比較大，周期也比較長，就會導致愿意從事硬件開發的人相對較少。但是，近些年大家慢慢開始看到腦機接口在臨床上有一些確切的應用前景，意識到它確實是有用的。我相信，在接下來的3~5年腦機接口領域會迎來大爆發。

Q：前面談的應用場景主要還是醫療。除了醫療領域之外，腦機接口還有哪些應用場景？

A：

腦機接口在我心中的定義就是接口。既然是接口，現在要討論的就不是腦機接口能干什么，而是腦機接口加什么。

Q：就像“人工智能+”是吧？

A：

對，這是“腦機接口+ ”。

首先是“腦機接口+語言大模型”。當我們能做到語言的編解碼的時候，就會發現腦機接口加語言大模型非常有意思。在這一場景下，人們不僅可以跟語言大模型進行互動，而且可以快速積累數據。

其次就是“腦機接口+機器人”。腦機接口如果本身針對 的是患者肢體有障礙的問題，和機器人結合在一起就可以做很多事情，包括康復、陪伴、執行任務等。

再次，還有 “腦機接口+智能控制”，不管是控制智能家居，還是后面能做得更加可靠和成熟的無人駕駛，都可以實現。

除此之外，主流行業里類似的對人們有很大影響的東西，其實都可以通過腦機接口的方式加以賦能、拔高，甚至做出顛覆性的改變。

所以我想說的是，腦機接口這個賽道要有人去做，腦機接口跟其他賽道之間的接口也要有人去做，而我們正在做的就是把腦機接口發展成一種容易接入其他賽道的平臺技術。

Q：近些年關于腦機接口，宣傳最多的可能就是馬斯克的Neuralink。人們對其有肯定，也有批評，比如，很多人認為馬斯克的宣傳是過度夸大的。對此，你怎么看？

A：

馬斯克本質上還是商人，所以他會用商業化的方式來催熟一門技術。在我看來，馬斯克在一些項目（包括Neuralink、特斯拉在內）中做得非常成功的一點——同時也是一直以來我覺得我們需要認真學習的地方——就是系統工程學。

他的每一個產品依靠的都不是單點的優勢，至少目前看下來是這樣的。從理論創新的角度來講，我（在他那兒）甚至都沒有看到一個顛覆性的前沿產品。他就是把現有的，甚至只是稍微有一點突破的東西，通過系統工程學的方式進行優化，包括它的成本、開發周期等。然而，這恰恰是國內過去缺乏的。

我們原來更擅長什么呢？是點上的突破。根據報道，國內現在已經有了超級高通道——通道數能達萬級。甚至如果我們想做，未來百萬級也是可以實現的。

問題是，即便做到百萬通道，沒有芯片匹配有什么用呢？芯片如果能匹配，功耗降不下來，耗電量降不下來，放上去10秒鐘就沒電了，又有什么用呢？怎么通過系統工程學的方式，把已有的六七成的技術，集成在一起做到八成、九成，這是之前國內科學家創業時很難去想的事情。在點上比別人的性能好，不代表做出來的產品就比別人的性能好。

此外，在實驗室里獲得的發現、在文章里發出來的東西跟產品本身是不一樣的。做產品，特別是醫療產品，10個里面有一個壞的都不行。因為做產品跟做科研有本質上的區別，你不能將關于產品的要求套用在科研上，也不能按科研要求的先進程度來要求產品，這是兩回事。但目前我認為，腦機接口不能再停留在前沿科技層面，而是要快 速轉向，聚焦到產品落地上來。

一定要讓政府、讓病人、讓市場看到它作為一個產品真正能帶來的收益。

Q：2025年1月10日，上海發布了《上海市腦機接口未來產業培育行動方案（2025—2030年）》。這對整個行業來說應該是巨大利好，對嗎？

A：

首先，現在整體上明確了“企業家+科學家+投資人”三位一體的工作方式。

其實，原來有很大一部分都是科學家在牽頭，但僅靠科學家是不夠的；也有一段時間在考慮是不是讓企業家牽頭，先把產品做出來再說，結果發現里面的科技屬性又太淡了。

現在，我們發現科學家和企業家之間還有資本驅動的情況存在，因為它畢竟是一個需要資源助力的行業。如此一來，明確三位一體的工作方式對行業發展來說顯然是有利的。

其次，腦機接口一定是以應用場景需求驅動的方式發展，它的執行主體一定是企業，它必然以產品形態出現。我們不能再以文章、論文的形式來做這些。

最后，腦機接口的發展也需要國家機構的監督，需要多方配合、共同制定標準。著眼于這個方案，我們可以非常明確地看到上海市要以產品為導向發展腦機接口行業的決心。

Q：在你看來，腦機接口領域下一個亟待解決的重要問題是什么？或者說，下一個錨點是什么？

A：

下一個錨點就是接口，或者說是連接。我們希望腦機 接口這樣的技術可以連接不同領域、不同學科的專家，甚 至可以連接不同國家，大家一起來做這件事情。因為這件 事情對全人類的現在，包括未來，都是有歷史價值的。

袁嵐峰

《錨點》科學對談人

-本文刊載于《世界科學》雜志2025年第10期“錨點”專欄；該專欄由《世界科學》編輯部和東方衛視《錨點》節目組聯合開發，節目原題為《腦機接口，中國后來居上？》-

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