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2021年9月10-13日，2021世界機器人大會（WRC）在京召開。
自2015年創辦至今，世界機器人大會已成功舉辦五屆。大會以“共享新成果，共注新動能”為主題，展示全球各個領域的先進技術和科研成果，旨在促進國內外的學術交流，深挖合作潛力，推動機器人技術、產品與市場的發展。
本次大會上，清華大學醫學院生物醫學工程系高小榕教授，重點關注了BCI腦控機器人大賽。
高小榕教授常年專注于腦機接口技術（BCI）、神經信號檢測和處理的理論和方法，并基于此技術研究生物神經系統信息相關的腦功能分析方法，是中國腦機接口領域的領軍學者。
左邊為高小榕教授，右邊為陳小剛研究員
BCI技術是神經科學、神經工程、藥學和康復學研究的熱點課題。同時，也是人工智能領域近幾年最前沿的發展方向。目前，我們正處于人機時代，從最簡單的人機交互、人機協作到人機共融共存共生，腦機接口的前沿研究成為機器人智能化的關鍵節點。
但談到腦機接口的市場應用時，高教授依舊持謹慎態度。他表示，教育和工業還不是腦機接口的剛需，真正的剛需在于醫療行業。
與此同時，高小榕教授也補充到，我們必須平衡腦機接口研究的目標、實際能力和手段，不能讓它發展過快。大家一窩蜂投入研究后，會忽視倫理問題的重要性。與此同時，腦機接口的發展是一項綜合性的工程，涉及到各個學科的協同發展，沒有其它學科的進步也是局限的。
本次世界機器人大會上，雷鋒網參與高小榕教授和陳小剛研究員的群訪，以下為對話實錄。
Q：首先，請您談一談腦機接口是什么，它的發展歷程以及主要的應用？
高小榕：腦機接口（Brain-Computer Interface， BCI）是現在比較熱的一個詞，它是從大腦直接提取信號控制外部設備，也是人機接口的一種。傳統的人機接口比如鼠標、鍵盤都需要手部肌肉控制，現在的語音輸入也是調用五官，但腦機接口就把這些都跳過去了，不用外周神經參與，直接由大腦信號控制外設。
伴隨著上世紀七十年代微型計算機出現，一位教授提出了腦機接口技術，“能不能通過腦電控制電腦”。從第一次命名Brain Computer Interface以來，腦機接口并沒有做出什么成果，直到2000年左右又被其他的科學家再次發明出來。
實際上，本世紀初第一次召開腦機接口國際會議。當時世界各國提了很多個詞來命名，像“心想事成”這類的詞有十七八個，最后統一公認BCI這個詞，直到現在，所有用腦神經和外設打交道的研究都叫做BCI。
BCI剛出現的時候，首先是醫療驅動力。
我們要幫助像霍金這樣有運動障礙的人控制外設。清華大學也是從1997年開始做腦機接口，當時個人計算機已經普及，我們就想如果一個人不會用鍵盤鼠標的話，怎么用計算機？我們想到了腦機接口技術，此后便開始了這項研究。
五年前流行起AI熱，出現了第二驅動力，也就是AI的驅動力。
其中最核心的鼓吹手就是馬斯克、扎克伯格這些人，他們認為AI大規模發展后會出現一個多智能體社會。原來的智能體只是人，現在AI能夠比人還聰明，我們怎么跟計算機進行交流？如果我們跟計算機用鍵盤鼠標交流太慢了，即使是用語言去交流也太慢了，我們是不是直接從大腦提取信號--“心想事成”？
馬斯克做的最有影響力的案例是小豬，最近猴子也能夠用腦機接口玩游戲。中國也有幾個比較代表性的案例：浙江大學把腦機接口直接植入人體，一個像霍金這樣的殘疾人能控制機械臂，還能夠打麻將；天津大學把腦機接口放到太空站，航天員也能夠做腦機接口。 但從研究的角度來說，腦機接口還是一個基礎的東西。
從技術角度來看，它涉及到腦機接口芯片，從大腦提取神經信號的芯片；還有一個是整套分析軟件。
十幾年前，軟件研究做得比較多，清華做的就是軟件。但從前一兩年，特別是美國進行腦機接口出口管制之后，中國很多企業開始做芯片。這次大會上展出了兩款腦機接口芯片，而且都是和國外的水平相當，性能完全一樣，可以替代國外芯片。
除了芯片之外就是系統，國內的大概有幾家：博瑞康、江蘇集萃，分別是醫療和消費領域。
有了系統之后就需要市場應用，大概分為三大塊：
第一塊是醫療。怎么解決病人的問題，不能用鼠標鍵盤也不能說話的人群應該怎么應用。
我們原來的醫用主要是存在障礙的人群，比如運動受限以及事故損傷、老齡化帶來的各種運動障礙。我們的方式是外周控制，通過大腦直接控制一些外設，比如輪椅不需要自己手動遙控，直接通過大腦的指令發送，可以控制輪椅能夠直接行動，同時也可以控制一些外骨骼進行行走，進而融入社會。
情感腦機接口方面，我們也是在盡量解碼大腦的情緒。通過腦機接口的手段，我們可以在人心情不好的時候播放相應的音樂，對病人的精神狀況進行調控，形成一個環路。目前我們更多的還是輔助運動控制方面做得比較多，未來的話應該是進一步在精神環節也有相應的應用。
我們臨床應用的時候也會發現，實際上很多病人的行動和語言表達都會受限，需要清楚這個人的認知狀態是不是受影響。但是原先的測量方式對很多病人來說很難適用，比如很多量表都是通過看人的反應，單位時間內能夠寫對多少字，根據正確率作判斷。
因為傳統的很多量表都是基于健康人群，通過大量樣本得到數據，運動障礙的人群手顫抖到根本無法書寫，所以我們通過腦部繞過外周神經直接進行評估。目前臨床上可以用腦機接口手段評估病人的認知狀態，認知狀態具體達到什么程度，然后做狀態的調節。
第二塊是教育。小孩在學習的時候注意力和認知功能有缺陷的話，可以用腦機接口彌補。根據小孩上課的注意力做一個反饋，或者從家屬的反饋中知道孩子是因為不聽講沒學會，還是因為不理解沒學會。這是兩個很大的問題，如果不理解沒學會就是邏輯的問題，如果是不聽講沒學會就是另外一個問題。
第三塊跟工業相關，就是工業4.0等等，實際上涉及到的核心問題是安全。最容易理解的例子就是自動駕駛，你的車可以有自動駕駛，也可以人來駕駛，什么時候人駕駛、什么時候自動駕駛，出現一個協調的問題。
如果有了腦機接口就可以很容易地做出來，比如注意力不集中、困倦、喝酒等等，車輛檢測不適合人駕駛，那么就車輛自動駕駛，或者自動停在路邊也可以防止出事。比如打電話的時候，車輛發現不能繼續駕駛就可以停下來；人突然心臟不好了，車輛也可以自動切換。
當然，教育和工業還不是剛需，真正的剛需是醫療。
Q：目前腦機接口研究的方向是什么？都有哪些需要解決的技術難題？
高小榕：腦機接口研究的途徑包括幾種：一種是有創，就是要把電極擱到大腦里，還有一種是無創，就是把電極放在頭皮上。
有創的方法信息更大，但人不一定能夠接收，好好地往大腦里插一根電極，人很難接受。那么就用無創的辦法，頭皮上植入電極。就像把麥克風放到屋內和屋外的差距，擱到屋外，信號就弱得多，在屋外能夠聽到里面大聲說話，或者有人大笑，但在屋內能夠知道在笑什么。
馬斯克的研究都是有創的方法，把電極放入腦神經其實是很難的，因為腦組織是人類最軟的組織，除了體液就是腦組織。我們監測的硅這些東西反而是最硬的，一個最軟的東西和一個最硬的東西放在一起，工作環境一定會有問題。而且人還要活動，跳一下蹦一下，心臟血液會有波動，所以軟的和硬的損失有多大？難度還是很大的，這是物理上的難度。
第二個難度就是生物上的難度，放進去的東西即使是軟的，但對人體是有毒性的。
第三個難度是信息。人腦有一千億個神經元，每個神經元都在工作，按照通訊速率的比特率來說，這是按照每秒1TB的速度。如果把我的語言采樣，一百比特就可以把我的語言傳遞到你那里，你耳朵里聽到一百比特又會重新解讀成1TB，所以這個就是基于語言的壓縮能力。但是一百比特和計算機相比還是顯得不夠，所以這是非常難的東西。
為什么這么難的東西我們還要研究？為什么干脆不做了，等著AI去做？實際上，AI只能解決事實問題，就是這個東西是什么，但不解決價值問題，我是指廣義的社會價值。
比如這是一瓶水，AI可以馬上識別出來，但這瓶水的價值AI是不知道的，因為價值跟環境有關系。現在水在這里是一個價值，而在沙漠里是另一個價值，如果人類缺水，整個水資源枯竭的時候又是一個價值。
所有的這些價值問題只有人才能判斷，機器是判斷出來的，我們也強加不了；同樣的一個東西，不同的人看待的價值觀也是不一樣的。比如魯迅說人血饅頭的故事，殺人肯定是有問題的，但其它人覺得是有價值的。
我們假設AI無限發展，發展得越來越大，怎么維護人類的尊嚴？一個對話框彈出來讓你選擇Yes和No，如果對話框什么時候都在彈，人整天點擊Yes 和 No的話就會出現失誤，而且也煩了，這么簡單的事還問我干嘛？但AI替你干的話你可能就不干了。
我們要維護人類的尊嚴，一定要讓機器懂得我們的價值，就是干我們不想干的事情。腦機接口最主要的就是一個人機交互工具，我們絕對不會容忍AI把人替代的事情出現。人對AI要求是共存發展，而且我們要占主導。
Q：接下來幾年腦機接口的目標有沒有規劃？主要想取得怎樣的應用效率？
高小榕：現在能夠落地的首先是醫療，醫療是能夠說得清楚的。過程當中可能會沿途下蛋，把醫療技術發展起來，可以做一些認知和決策的東西，這些都需要一步一步來。
除了教育和安全方面，其它的應用都有倫理限制，比如有一個腦機接口的東西提升了治理水平，沒用腦機接口的這些人怎么辦？但醫療不存在倫理的關系。
任何發展都一定會受到倫理的限制，但這個技術是未來不可或缺的技術，未來一定有腦機接口實現人和機的雙重優勢。
腦機接口是一個跨度很廣的領域，涉及到物理，腦神經認知科學和信息科學，這些學科的人都需要去交流。等到我們把所有的這些困難克服了，包括物理的問題、生物的問題、信息的問題，逐步就會找到應用的渠道。
我們現在主要面向的交流對象是醫學界的人員，和天壇醫院、宣武門醫院、長征醫院、協和醫院都有合作和研究。
Q：馬斯克說的腦機接口還是比較超前的，談到以后可能將腦機接口接入正常人，進入一個“超人的時代”，之前您說對待記憶寫入、記憶增強持有比較謹慎的態度，現在還是這樣嗎？
高小榕：是的，現在我還是持有這種觀點，因為腦機接口確實是影響面非常廣的東西。它的危害在于，芯片進入人腦的時候你并不知道可能得到什么東西，但你知道失去了什么東西。設想腦組織的運動就像海浪，你拿一個尖的東西晃幾次，對不同的人有沒有傷害，或者這個傷害是人能夠接受嗎。
所以，腦機接入一定要倫理先行。馬斯克研究出來之后也要先做醫療的應用，不可能說為了讓人玩游戲，腦子里放一個接口。
Q：隨著中國進入一個長壽時代，您的研究方向和研究模式會不會改變？
高小榕：腦機接口很關注老年人的問題。比如視覺障礙的話就可以用腦機接口幫助提示一些東西，所以老年也是一個醫療問題。
Q：您是第幾次參加世界機器人大會，感覺怎么樣，大會對您從事的領域有沒有推進作用？
高小榕：機器人大會剛剛開始的時候我們就有合作。中國腦機接口的發展是從1997年開始，到了2010年已經開始被科學界認可了。那個時候大家都發表了科學論文，以論文為主，基金委就給我們提了一個問題：我們收到很多很多的基金申請，但腦機接口是一個很新的領域，我們也不知道誰好誰不好，你們能不能從應用的角度評估？
我們是在2010年做了第一屆中國腦機接口比賽。基金委把所有基金委的課題都申請了，我們對所有的申請人發邀請。我們有打字任務、有小車控制任務等等。第一屆腦機接口的是黑馬是李遠清教授，他剛回國就聽說了這個故事，穿著短袖來到北京，都不知道中國的溫度差這么大。
當時是2015年，我們做了第一屆、第二屆腦機接口比賽，在比賽過程中，我們也能夠通過比賽看出誰是第一名誰是第二名，最終很多資料都給了基金委，有利于他們選擇課題。
到了2017年世界機器人大會上就有了腦機接口項目，我們就在世界機器人大會的平臺上做了技能賽，也想回答到底有多少人適合做腦機接口，有多少人適合用腦機接口。當時做腦機接口的都是我們的學生，都是年輕人，到底有多少人能用，這個事情誰也不知道。就像我們造出汽車，有多少人會開車，我們是不是要辦一個駕校。我們做了一個技能賽，相當于腦機接口的奧林匹克，大家隨便報名，想來就可以來。
在2018年世界機器人大會上，這時我們得到了世界范圍最大的樣板人群，原來就是幾十人，現在是幾百人甚至上千人。
到了2019年就把技術賽和技能賽合二為一，技術賽造出最好的車，技能賽找出最好的賽車手。所以那年出現了腦機接口世界紀錄，看一看最優秀的人能夠用腦機接口跑得多快，那個人用腦機接口打字比用鍵盤打字還快。2020年因為疫情，我們只做了技術賽，今年又有技術賽和技能賽，算是第五屆中國腦機接口比賽。
我們在2017-2018年做了成人比賽，2019年就有了青少年比賽，要看小孩到底能不能用腦機接口，今年又做了100個六十歲以上的老人的比賽，不能說搞了一個新技術只能年輕人用，而且找一兩個老人也不能說明問題。其中年紀最大的是八十一歲。
今年，我們（高老師創意及設計，北郵團隊開發實現）在大會上推出了世界上第一份群體腦機接口系統，我們叫做“神聊系統”，最多支持二十個人實時進行腦電交流。二十個人的群聊環境相當于一個班的教室，大家不用說話就可以把知識交流出來，或者能夠知道誰聽課了誰沒聽課。
我們的腦機接口從2017年開始由中國電子學會和世界機器人大會支持，實際上芯片比賽是按照賽制直播的，這個比賽非常公平--同樣的問題，不同的人去做，結果馬上就可以出來。腦機接口就是這個特點，結果是實時的。所以基金委說以前的比賽都有一大堆投訴，你們做的比賽沒有人投訴，因為大屏幕就在前面，我們在看，別人也在看，結果是實時的。
Q：最近兩年，你們的研究組有哪些比較大的成果？
高小榕：中國在腦機接口領域分量，我們大概占到三分之一，包括論文數和對世界的貢獻都是三分之一，但和美國相比，我國拿到的腦機接口經費投入十分之一都不到。
腦機接口總共提出了十幾個范式，現在剩下公認的只有三大范式：
SSVEP是一種，想像運動是一種，P300定位是一種，而且在這三種范式最快的腦機接口就是SSVEP。今年我們發了一個很重要的文章，就是總結腦機接口發展路徑，提出I3模型。
BCI的I其實是三個I：第一個I是Interface接口，這個接口是單向的；第二個I是Interaction交互，就是雙向的東西；第三個I是Intelligence智能。
腦機接口最后要按照這三個模型演化，最后能夠達到腦機智能的水平，就是腦的智能和機器的智能合二為一。這是清華大學前任腦機接口研究主任高上凱教授提出來的，他是我的老師。
最近還有一個貢獻，原來我們做腦機接口控制最早是6個目標，后來到了12個目標，然后又到了40個目標，今年已經出現了160個目標。我們現在是群體多人腦機接口，也是在這方面做了貢獻。今年有一個青年論文競賽會展示這個結果。
Q：剛才您提到的技術目前應用情況如何？
高小榕：我們在天壇醫院控制機械手這類應用都有，“挑戰不可能”有一個漸凍癥的中國病人，我們做臨床的時候發現這個病人可以用腦機接口打字，后來還參加了董卿的“挑戰不可能”節目，和董卿一塊朗誦了一首詩。這個人已經說不出話了，呼吸機插著管呢，但腦子好使。
Q：從全球范圍來看，腦科學和認知學科都有哪些突破口？
高小榕：腦機接口和認知科學實際上是并行發展的，腦機接口相當于打開了腦的一個窗戶，可以幫助神經科學的發展，神經科學新的研究結果又反過來促進了腦機接口的應用，二者不是一前一后，而是并行發展，并不是腦神經發展了什么，我們再發展腦機接口。情緒腦機接口的話，情緒到底怎么回事我們不知道，我們檢測出情緒好壞就可以調整。
Q：我們談到腦機接口存在一些挑戰，對于科研人員和技術人員來講，如何應對現實中的一些問題？
高小榕：我們必須平衡我們的目標、實際能力和手段，不能讓它過快，看到好大家就一窩蜂地去研究，把倫理限制都去掉了，萬一出什么事也很麻煩。這個一定是綜合的，涉及到各個學科協同發展，沒有其它學科的進步也是局限的。
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