研究人员头戴脑电放大器，坐在一台显示器前。人未动，旁边的机器人却随着“指令”做出一系列动作。这是由四川脑科学与类脑智能研究院研发的脑器交互控制系统，利用脑器交互技术，建立起脑、器官（人眼）和机器三者之间信息同步通路。
“通过头上佩戴的脑电放大器采集视觉诱发电位，由人工智能算法提取特征，识别出命令模式，再控制机器人做出相应动作。”四川脑科学与类脑智能研究院院长尧德中说，这套设备可用于残障人士的临床康复和辅助治疗，预计未来2~3年可以达到上市条件。
“我们可以看见漫天星辰，但对自己的大脑却知之甚少。”尧德中说，人类的大脑至今仍有很多“未解之谜”，这是因为，人类大脑包含约860亿个神经元，这些神经元又非常精确地组装成一个个神经环路，每个神经环路无时不在高效运转，使它看上去像一台超级计算机的CPU。但这套“系统”过于精细化和高度复杂，即使目前的研究水平，也无法弄清它的很多运作机理。
“脑科学的研究意义深远，因为不仅关乎着人类的健康和福祉，也关乎着未来大国竞争中的生产力和科技制高点。”5日这天，8月的蓉城在持续高温天气后迎来第一场降雨，窗外雨声淅沥，窗内明亮的办公室内，尧德中给红星新闻记者聊起他30余年来的脑科学故事。
▲四川脑科学与类脑智能研究院
研发国内首个数字孪生脑平台
让人工智能迈上新台阶
脑器交互是尧德中提出的一个脑科学领域新名词。在此之前，脑机接口，是投资圈炙手可热的话题。
该领域最让圈内人津津乐道的，是今年2月，特斯拉CEO埃隆·马斯克旗下的脑机接口初创公司Neuralink，正在通过电脑芯片与猴子的大脑进行连接，从而使猴子能够通过自己的意念来操控乒乓球游戏。马斯克表示，通过精细的手法在猴脑中植入芯片，“几乎看不到连接电脑芯片的位置，不会对它造成任何不便。”如果顺利，只在科幻电影里才能看到的“脑机芯片”场面，未来或将在现实出现。
“目前脑机接口研究常常只了解脑与机器的关系，但是人体是一个复杂的系统，脑与身体其他各部分间时刻发生着极其复杂、广泛的联系，不关注身体其他各部分与脑、机器的关系，往往会陷入‘人在山中行，看山不见山’的局面，难以从更全面的角度看待脑与外部交互的问题。”如何解决这个问题？尧德中提出了脑器交互概念。
“不管是人类还是动物，运动起来都非常得心应手，还有一种美感。”他以记者访谈时做笔记的样子为例说，左手托着笔记本，右手执笔，能达到一种平衡，是因为人体内有一套非常精致的感觉运动系统。笔记过程中，除了大脑，还涉及肌肉、关节器官等脑外身体器官和非生命器械——笔和笔记本。这给了我们一个启示：单纯考虑身体器官，或单纯强调外界的器械如单纯代替人手的机械手，可能都不能很好的完成任务。“我们需要把脑与生命器官，和脑与非生命器械这两类交互统一起来，统称为脑器交互，以体现融合两者的必要性。”他说。
▲脑电采集设备
脑器交互之外，近年来，“数字孪生”的概念也在逐步进入人们视野。就在上月，尧德中团队成功建立了数字孪生脑（DTB）模型，并基于该模型开展了稳态视觉诱发电位响应机制研究。这也是国内首个数字孪生脑模型平台。
“通俗地说，数字孪生是创建在信息化平台上虚拟的‘备份’或‘克隆体’。”尧德中解释说，数字孪生脑是基于计算神经科学理论、融合多模态神经影像数据建立的一种全脑尺度的动态脑功能的计算模拟平台。数字孪生脑基于弥散磁共振成像获取的大脑内部结构连接信息，作为确定模型内部连接的基础，再利用磁共振功能成像和脑电磁成像获得的功能信息，对模型参数进行优化。由此得到的模型，将同时在结构和功能上类脑，因此可称之为数字孪生脑模型。
数字孪生脑就像人类大脑的“备份”或克隆体，科学家不仅可以用它整合各类生物脑研究结果，还可以揭示脑机理、启发类脑智能、解锁所有和脑有关的疾病。他举例，比如，对于自闭症患者，直到现在医学界还无法给出其诱因。“通过该模型，我们了解到或许是整个大脑的网络连接的调控参数出了问题。它可以为未来疾病治疗提供很多想象的可能性。”
“该领域还有很大的发展空间，希望国内更多的优秀团队加入数字孪生脑的建立及应用中，发展具有中国特色世界领先的全脑尺度计算模型。”他相信，未来的数字孪生脑可以通过模仿人类神经系统的工作原理，成为一定意义上的通用智能系统，让人工智能迈上新的台阶，在思考、决策上接近于人脑。
不只在实验室
正在走入现实
近年来，多国纷纷宣布启动脑科学研究。2013年，欧盟发起为期十年的人类大脑研究计划——人类脑计划（HBP）；2019年，谷歌发布了果蝇大脑神经元的3D模型（神经元的三维结构重建）。2016年，“中国脑计划”（脑科学与类脑研究）被列入国家“十三五”规划。在“十四五”规划中，“脑科学与类脑研究”再次被列为7大“科技前沿领域攻关”项目之一。成都也在发力——“脑科学”被写入成都“十四五”规划，也是成都未来重点布局的“新赛道”。
“大脑是人体最神秘的地方，被认为是科学研究的‘最终堡垒’。人类进入高级信息社会后，电子信息技术与医疗健康、人工智能等领域的结合，也为脑科学研究带来更多可能。”尧德中认为，脑科学研究之所以如此“热”，是由于人在进行科学研究、自然探索的时候，最终会回归到对人自身的探索，而人对自身最高层次的探索就会上升到脑科学的层面。怎么有不同的情感，怎么做决策，怎么有意识，这些方面的探讨，都是脑科学最具吸引力也是最复杂的地方。
在社会意义层面，随着社会智能化的推进，脑科学对人工智能和新型智能体系的建立都非常重要，人们找不出任何一个比大脑更强大的处理器和智能体系。“尽管目前的人工智能已经取得了不少成果，但距离真实的大脑还非常遥远。因此，我们还需开发更强大、更具普适性、有解释性、有更好小样本学习能力的新型智能系统。”
除此之外，脑科学、脑产业是典型的新经济，不仅为医疗产业提供了新的增长点，而且能通过与数字技术、智能技术等新兴技术相结合，发展出更多的技术和产业形态，形成未来产业发展的重要动力源。
“脑科学也与全民健康越来越紧密。”他以世界卫生组织的一个数据为例：如果把人类面临的各种疾病带来的医疗负担连带的社会负担放在一起考虑，脑疾病占到28%，是人类所有疾病中占比最大的部分。同时，随着社会的老龄化趋势加速，碰到与脑相关的健康问题会越来越多。
“脑科学和类脑智能是一个非常令人兴奋且有巨大潜力的方向。”他说，四川脑科学和类脑智能研究院也一直在围绕脑智产业的实际应用场景开展各种科研项目。
以上述提到的脑器交互为例，相关科研成果有望用于自闭症谱系障碍患者的辅助治疗。目前自闭症患者一对一康复的费用很高昂，但如果把该成果进行数字化，可极大地降低康复费用，使得普通家庭也能负担。目前，研究院针对大脑认知障碍康复的科研成果样品正进行工程化，脑器交互技术未来除了应用于病人的健康恢复，还可以应用于智能家居的控制、无人操控等领域。“但如果要真正推向市场，还需要借助资本的力量。”
▲交互控制系统
除此之外，研究院还建立了睡眠研究中心，在对睡眠监测、电磁干预、感官调控、认知行为等各研究层面进行突破，并实现工程化，正准备将其应用于临床试验中。
成渝合力
形成脑科学和脑产业的全国影响力
虽然脑科学是成都“十四五”新词，但“十三五”期间，成都就在布局脑科学。
尧德中细细梳理了过去十几年来，成都在脑科学领域的发展脉络——
电子科技大学早在2009年就成立了“神经信息教育部重点实验室”；四川大学华西医院于2016年1月成立了多学科交叉的华西脑研究中心；2016年9月，成都市政府代表中国与古巴签署了脑科学合作计划；2018年4月，中国-古巴-加拿大(CCC)三方又在成都签署了三方的国际合作计划；2018年12月，四川省脑科学与类脑智能研究院正式成立，这让成都成为全国为数不多的几个在脑智科学研究方面走在前列的城市之一。
除了前瞻性部署外，尧德中认为，从全国范围来看，发展脑科学和脑产业经济，成都最大的优势在于技术和资源储备。
“脑科学结合最紧密的学科是电子信息，成都除了有电子科大和四川大学外，还有中国科学院成都分院光电所、生物所、计算所等高校院所提供技术和人才资源。四川大学华西医院、四川省人民医院、成都市第四人民医院等医疗机构不仅在脑科学研究方面积累了丰富的成果，还可提供丰富的应用场景。”
此外，在他看来，“北上广或许机会更多，但成都的生活氛围、环境很好，更适合潜下心来做研发。”
另一方面，他观察到，成都也存在一些薄弱环节。比如，从医疗器械产业来看，一台医疗器械从研发到上市，中间需要经历无数次检验。一台检验设备动辄上百万，囿于投入太大，很多医疗器械公司更愿意做买卖而不是搞研发。解决这一问题的关键，在于搭建一个面向中小企业的医疗器械研发检测中试平台。
四川脑科学与类脑智能研究院就搭建了这样一个围绕脑智医疗产品的中试平台，不仅为企业提供平台检测，还提供智力支持。“目前该平台已能覆盖有源类医疗器械30%的检测需求，可以将以往需要3—6个月的研发阶段检验检测时间缩短到1个月内。”
这一中试平台，也坚定了他在成都打造脑智产业全产业链的信心。他说，在底层数据收集分析上，研究院建立了云脑信息平台，该平台基于云原生技术开发的系统，可以实现数据、算法、计算资源三方资源汇聚。中间层，研究院的科研技术成果和中试平台，可以为产业化成果转化提供方法论和设备仪器。当产品从实验室走出来，往下可以直接对接医疗机构的临床需求实际应用。在他的设想中，通过研究院的各方资源，未来将成都相关企业进行整合，“如果能带动一批小企业成长为大企业，那这件事就很有意义了。”
▲与医疗器械厂商合作的项目
尧德中出生于重庆，在成都生活发展。除了科学家的身份，他还是全国人大代表。在全国“两会”期间，他总是热情地给成渝地区双城经济圈“代言”。
“我希望成渝共建的中国西部科学城能把脑科学与类脑智能作为重点发展方向之一。”在他看来，发展脑科学，成渝互补很明显——
位于重庆的陆军军医大学、西南大学、重庆医科大学等在基础脑科学和认知科学方面的建树颇深，其研究手段多倾向于生物学、化学和行为学；而成都的电子科技大学和四川大学与成都中医药大学则在类脑智能与脑疾病机制方面有更好的积累，研究手段主要为信息和影像技术。“成都和重庆可以在脑科学基础与转化研究的链条上很好的整合起来，实现互补性优势的整合，进而形成在全国甚至全球的影响力。”他说。
他也对脑科学的未来充满期待。“一些电影里和脑相关的科幻情节，未来会慢慢变成现实。”但道路漫漫，一切，都还需要更多资金支持和时间等待。
红星新闻记者 彭祥萍 摄影记者 吕国应
编辑 陈怡西
