2021世界人工智能大会上展示的交互机械装置。新华社发 ◆2021世界人工智能大会带来近百场各类论坛和活动。 本报记者 袁婧摄 制图：冯晓瑜
上海张江的一个实验室里，生物脑与计算机正在尝试一种奇妙的链接。鼠、兔、猴等大脑信号，被植入大脑皮层的电极所读取，进而由科研人员尝试破译，从而了解其“所思所想”。随着软硬件技术以及“读心术”的升级，研究者希望这样的脑机接口技术能用于解读人脑、造福人类，并为人工智能发展打开空间。
“我们想要，或者说正在打造一张‘脑联网’，实现人类智能和机器智能的融合，这将是人工智能的终极状态。”研究团队负责人、中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长陶虎表示。
脑机接口是类脑智能研究的一根重要赛道，更因为赛道上的一个重量级玩家——美国特斯拉公司创始人伊隆·马斯克投资的Neuralink公司而备受关注。而据透露，在部分关键指标上，陶虎团队的柔性脑机接口已超越马斯克。此次，该项目获得了世界人工智能大会最高奖——SAIL奖。
看到“脑海”里的“波浪”
要不是背着一只可爱的粉红小包，陶虎实验室里的这只兔子，看上去没什么特别。虽然实验室人来人往，兔子倒也不怕生，该吃吃、该喝喝。吃饱喝足，它凑近栅栏，吸着鼻子闻闻笼子边的记者。看起来，这是一只身心健康、食欲旺盛、还有些好奇心的兔子。不过，抵近观察可以发现，这只兔子的头皮上缝过针，有电极从头顶插入，没入皮毛，而电极另一端连接着它的粉红小包。
研究人员表示，这只兔子被植入了脑机接口柔性电极，它的脑神经信号被读取后，通过粉红小包里的发射装置传到电脑。在这台电脑屏幕上，记者看到了一连串起伏的曲线，仿佛是这只兔子“脑海”里“波浪”的样子。
脑机接口是认知大脑重要功能、诊治重大脑疾病的核心关键技术。它可以被看作是大脑与机器进行信息交换的通道。一旦取得突破，有望大幅推进脑科学研究，提升诊疗能力，并赋能AI。
在陶虎的实验室里，除了兔子，记者还看到了不少小鼠，都被植入了脑机接口。由于老鼠体型太小，找不到适合的“小包”，所以，用来传输神经信号的无线模块直接被它们顶在脑袋上，看上去就像是“天线宝宝”。
世界领先的“植发术”
业内公认，脑机接口研究有三大难点：信号采集的带宽窄，植入手术创伤大，长期记录的稳定性差。国际上各研究团队的比赛，主要就是围绕这几点展开。之所以能得到世界人工智能大会的认可、获得SAIL大奖，正是因为陶虎团队在这三个难点上都作出了有价值的贡献。
借鉴集成电路芯片的制造工艺，团队研发出一种大规模脑机接口微电极阵列的加工方法，而且，能以“摩尔定律”的节奏推动技术升级，将电极越做越小、通道越做越多，采集神经信号的带宽越做越宽。而通道越宽，脑机接口能“听到”的“神经密语”也就越丰富，也越有希望解析大脑奥秘。
虽然集成了2640个微电极，但这根探针细如发丝。因此，它被植入大脑时，能完全避免开颅，有人开玩笑说就像做了个植发手术，几乎是无创的，术后的小动物也很快就恢复如常。
陶虎团队还在长期记录信号方面取得重要突破。此前，由于脑机接口的电极不够柔软，植入后会不断刺激脑组织，没多久就会被疤痕包裹，从而无法采集信号。而陶虎团队的电极采用了特殊材质，在刺入大脑皮层时坚硬如针，随后迅速变软，尽可能避免了对脑组织的刺激和损伤。
比超级计算机更强大
大脑是人体最复杂的器官，吸引着一代又一代人探索其奥秘。但大脑又是异常脆弱的器官，这也让这段探索之旅显得困难重重。目前，微系统所这支研究团队在脑机接口方面取得的进展，为未来进一步研究打开了空间。
陶虎告诉记者，人在阅读时获取信息的极限速度，最快可达每分钟3000字，是口语语速的10倍、打字速度的100倍。如果能通过脑机接口，让大脑绕过身体，直接与其他人或者信息网络进行信息交互，其效率提升的潜力可想而知。更进一步说，大脑有800多亿个神经元，而且彼此互连，构成了一个强大的网络。这样一台超级计算机，功耗却只有20瓦，仅相当于一只白炽灯泡。如果能让机器借鉴大脑或者依靠大脑开展计算，将极大提升全世界的算力，将人工智能推向终极形态——也就是人脑智能与机器智能的融合。
“人类正在进入一个‘人机物’三元融合的万物智能互联时代。”在讲述自己的梦想时，陶虎表示，脑机接口就是“人机物”三元融合的重要渠道，它可以真正发挥大脑优势，使其与万物互联，为万物赋能。
