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世界上第一个半机械人，和他背后的科学怪人

世界科学

2025-03-20 20:47发布于上海上海市科学学研究所官方账号

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Johnny Ray是一名52岁的越战老兵，患有闭锁综合征。这类患者意识清醒，但由于身体的主动肌肉麻痹，无法移动或说话。

该综合征由大脑的特定部分受损导致，主要成因包括脑干中风、创伤性脑损伤等。

Ray长期卧床，需要呼吸机的辅助，只有面部和肩部具有轻微抽动的能力，可以通过眨眼次数回答简单的“是”“否”问题。

这位硬核大叔拒绝躺平！

在1998年，他接受了一次真·脑洞手术。术后经过数月的训练，他已经可以通过想象手部运动，控制光标在电脑屏幕移动，来选择软键盘上的字母，通过肩膀抽动按下鼠标键，进而进行缓慢的打字、拼写活动，向外界传达更多信息。

这个神秘的手术是基于玻璃漏斗电极的脑机接口设备植入手术，操作者是美国埃默里大学的神经科学家菲利普·肯尼迪（Phillip R. Kennedy）博士。

这是人类首次通过脑机接口实现交流，菲利普·肯尼迪也因此被奉为“赛博格之父”。

美国埃默里大学神经科学家菲利普·肯尼迪（Phillip R. Kennedy）

Johnny Ray所患有的闭锁综合征一直是脑机接口技术的重要应用场景。科学家们曾尝试使用“侵入式”和“非侵入式”脑机接口设备对此类患者进行治疗。

与Phil使用的侵入式脑机接口设备相比，非侵入式脑机接口设备只需在人的头皮层进行操作。人的头皮中时刻流动着微弱的离子电流，人的头皮层有一个电场分布图谱。不同位置上，电流的流向不同。

当我们把多个电极放在人的头皮上，就可以对头皮表面在每一时刻的电势分布进行分析。运动想象和运动行为会在大脑相应的运动和体感皮层区域产生特定的电活动图谱，科学家可据此分析出人的感觉运动节律（SensoriMotor Rhythm，SMR）。并通过附着在头皮的电极刺激产生一系列运动指令。

1991年，纽约一个科学团队通过非侵入式设备使患有闭锁综合征的受试者可以在三秒内操作好电脑屏幕的光标（比Windows开机还快）。

然而，非侵入式设备的局限性在于，头皮脑电图能收集到的信号有限，同时会受到来自眼部、头部运动、外界噪声的影响。此类设备的功能复杂度和控制精度使其目前最常应用于助眠、冥想、智能家居、娱乐等领域。

侵入式设备，是通过电极连接脑神经元来跟踪大脑活动，并将其转化为运动指令。运动的重要信息之一——方向，就存在于神经元群落的电活动模式里。在Phil博士的时代，还只能在人的大脑中植入4到6个电极，而现在的植入神经电极，已是多通道的电极阵列。在实验室中已经出现了超过1000的电极通道数。

在实验室里，一位癫痫患者不动手，仅用意识想“苹果”，监护仪上的脑电波划出一道雀跃的曲线，屏幕上就会实时解码出“苹果”两个字，一旁的机械手接到指令后便将苹果送到他的桌前。

这并非科幻电影场景，而是脑虎科技正在推进的侵入式柔性脑机接口临床试验。国内专注侵入式脑机接口设备的领军高科技企业脑虎科技，其首席科学家陶虎曾在采访中表示，自己是疯狂的科幻迷。

对人脑的开发与想象，一直是文学和电影作品热衷的母题。脑机接口技术作为电子信息、人工智能、生物医药的交叉之地，随着相关技术的发展，已经迎来了自己的黄金期。电影《阿凡达》中的脑机接口技术是否有可能成为现实？《流浪地球2》中的意识上传什么时候能够真正实现？

2025年3月29日（周六），墨子沙龙有幸邀请到脑虎科技创始人兼首席科学家、传感器技术全国重点实验室主任、中国神经科学学会脑机接口与交互分会创始主委陶虎，一同探秘神秘的脑机接口。此外，本次活动还特别邀请了中国科大量子领域专家徐飞虎教授，与主讲嘉宾进行量子与脑机接口的观点碰撞。

活动信息

活动嘉宾

主讲嘉宾：陶虎

脑虎科技创始人兼首席科学家、传感器技术全国重点实验室主任、中国神经科学学会脑机接口与交互分会创始主委

特邀嘉宾：徐飞虎

中国科学技术大学教授

特邀主持人：上海广播电视台臧熹

活动主题

脑机接口让大脑连接未来

活动时间

2025年3月29日（周六）

14:00-16:00

活动地点

上海市浦东新区秀龙路中科大别墅区南门东侧约30米

嘉宾简介

陶虎，国家“万人计划”科技创新领军人才入选者、国家基金委优秀青年基金获得者、国家海外高层次人才引进计划青年项目入选者，享受国务院政府特殊津贴。中国神经科学学会脑机接口与交互分会创始主委、中国科协脑机接口产业技术路线图负责人。

2003年本科毕业于中国科学技术大学机械制造及其自动化系，2006年硕士毕业于中国科学院电子学研究所物理电子学专业，2010年博士毕业于美国波士顿大学机械工程专业（获最佳博士论文奖）。长期从事先进传感器技术研究，发表高质量期刊论文100篇（含Science、Nature及其子刊11篇；其中封面论文33篇），文章总引用20000余次，申请发明专利60余项，已授权30余项；主持国家、上海市及中国科学院重大科研攻关任务20余项，包括科技创新2030-重大项目“新一代人工智能感知器件与芯片”、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、上海市级重大项目“脑机接口关键技术与核心器件-柔性脑机接口”等。创立面向植入式柔性脑机接口的上海脑虎科技有限公司，入选MIT Tech Review评选的2022年全球最聪明50家公司，获陈天桥基金会、红杉、中平等10余家投资机构数亿元投资，获上海市战略性新兴产业重大项目支持，已为华山医院、瑞金医院、浙大等30余家单位提供脑机接口核心器件和关键装备。获2020上海市青年科技杰出贡献奖、2021中国科学院青年科学家奖、2021世界人工智能大会最高奖（卓越人工智能引领者SAIL奖）、2022转化医学创新奖、IEEE MEMS 2022最佳论文（自1987年大会创立以来大陆地区唯一单位唯一入选）、2023上海青年科技英才、2023上海市大众科学传播杰出人物，多次入选爱思唯尔发布的“中国高被引学者”和美国斯坦福大学发布的“全球前2%顶尖科学家”榜单，指导多名学生获中国科学院院长特别奖（中国科学院学生最高荣誉），本人多次获“中国科学院优秀导师”和“中国科学院大学振翅奖”。

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