我很高興能夠來到這樣的論壇，能夠從杭州來到北京，事實(shí)上，我是來自于西湖大學(xué)的教授，西湖大學(xué)是比較新的，我們知道新的西湖大學(xué)，事實(shí)上西湖大學(xué)旨在建設(shè)成為全球頂尖的大學(xué)，能夠在科技方面發(fā)揮引領(lǐng)作用，我今天的主題就是說關(guān)于生物技術(shù)的一些應(yīng)用。大家會看到，我在新技術(shù)方面的分享，包括像5G、人工智能，像最新的一些技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。事實(shí)上在大腦里面，我們可以有很多技術(shù)，有很多新的可能性發(fā)生，通過大腦里面植入新的技術(shù)來治療這些困難的疾病。這些疾病包括在大腦里面，大家可以看到，包括像我們視力損失、聽力損失，包括像癲癇，還有我們所熟悉的比較可怕的疾病。包括像帕金森癥，還有白癲風(fēng)，這些疾病會導(dǎo)致我們?nèi)梭w癱瘓，這主要是在大腦發(fā)揮了作用。我們希望通過神經(jīng)元的修復(fù)，能夠把這些信號進(jìn)行有效的傳輸，能夠通過機(jī)器的元素來進(jìn)行很好的控制。我們知道機(jī)器非常先進(jìn)可以拿一杯水打開瓶子來喝，我們希望把這種技術(shù)放入腦子里面，在大腦當(dāng)中接收這些信號，通過植入刺激性的芯片，能夠和我們脊柱神經(jīng)元聯(lián)系在一起，這樣能夠恢復(fù)我們的功能，我們在猴子身上進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)。

我們希望能夠把這些傳感器還有執(zhí)行器，還有一些可穿戴的設(shè)備，能夠從外部，包括能夠促進(jìn)我們聽力視覺的機(jī)器，把它們更好的促進(jìn)我們?nèi)梭w內(nèi)，促進(jìn)我們?nèi)梭w功能的恢復(fù)。我們關(guān)于人的大腦和機(jī)器的界面叫做人腦機(jī)器界面，這種新的技術(shù)也在得以應(yīng)用，事實(shí)上不管是什么樣的設(shè)備，包括像治療癲癇的設(shè)備，包括像一些生物傳感器都可以很好的植入和應(yīng)用。

我們知道視覺是非常重要的功能，如果你眼睛失明了就無法看到周圍的視物，你的視網(wǎng)膜無法接收這些信息，我們進(jìn)一步深入了解視網(wǎng)膜的功能和成像機(jī)理是什么樣的，我們通過功能的探索，通過大腦的成像，我們通過一些設(shè)備，它可能是毫米甚至是更精準(zhǔn)的儀器植入到我們大腦中，通過天線，包括一些小的單元，包括小的芯片，這樣的話能夠從不同的部分，在大腦中進(jìn)行植入，能夠提升我們這些聽力，提升我們的視覺，這樣的話，能夠促進(jìn)我們所說的眼部的信息能夠在大腦中進(jìn)行成像，能夠看到我們所看到的這些視物，這是我們研究的新興領(lǐng)域，人的大腦能夠成像，為什么能夠看到這么多顏色呢？就是信號的傳遞，我們通過有效功能的優(yōu)化，通過這些芯片的使用，通過這些控制單元還有接受器的植入，能更好的進(jìn)行成像。

另外我們看到視覺上的植入，我們會看到具體的這些圖像它是如何進(jìn)行成像的呢？我們通過這些功能逐漸的化解去進(jìn)行分析，最后在大腦中進(jìn)行精確的修復(fù)。

另外我們了解到在大腦中到底如何進(jìn)行不同信號的匹配，信號的傳輸呢？我們可以看到有不同的芯片在這一層，這些芯片能夠發(fā)揮不同的功能，能夠產(chǎn)生電子的記憶，能夠有不同頻譜的接收，不同信號的接收。這樣的話，能夠讓我們了解到大腦中不同區(qū)域發(fā)生的問題到底是什么，以及大腦在發(fā)生什么，包括我們不同的感官，不同的視覺聽覺，通過這些不同的工具，它可能僅僅是兩毫米，非常小的工具，在大腦中幫助我們恢復(fù)這些功能。我很高興能夠和大家分享這些功能，能夠讓大家更好的了解到，我們?nèi)绾文軌蛲ㄟ^這些芯片的使用，能夠把外部的信號傳遞到我們?nèi)梭w的大腦中，有時候我們需要去記錄這些外部的信號，傳輸這些信號。

今天我們需要討論到這些小的芯片的使用，小的傳感器的使用，它是非常小的電子單元，它僅僅是微米的單元，事實(shí)上大家可以看一下它是非常小的。我們在猴子身上進(jìn)行了不同的實(shí)驗(yàn)，大家知道像猴子的大腦和我們?nèi)说拇竽X有些相似的地方，通過類似的實(shí)驗(yàn)，能夠保證它的信號傳輸，我們知道這些猴子們，并沒有失明，我們了解到猴子如果看到這些信息，進(jìn)行模擬，從外部的刺激，還有外部的模擬，通過猴子大腦的解碼更好幫助我們?nèi)四X提供功能的修復(fù)。

這里面有不同的頻譜，我們看到在不同的區(qū)域來進(jìn)行正確的記錄，在大腦不同的位置，進(jìn)行不同的記憶，保證它的效果是一致的。我們再來看內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，之前我們提到了，因?yàn)槲覀兊脑O(shè)備非常低能耗，所以也不需要有任何的電池，我們可以把我們設(shè)備植入到頭皮當(dāng)中進(jìn)行工作。當(dāng)然我們還有最新的技術(shù)，能夠做到下圖這樣一個系統(tǒng)，比如說我們的信號可以傳遞幾米，我們這里有很多的芯片來進(jìn)行有效的記錄和傳遞。

之后我們再來看一下癲癇。大概有1%的機(jī)率，可能會有癲癇的癥狀，但是我們的人口，我們有這種神經(jīng)退役性疾病的人是非常多的。我們在遭受病痛折磨的人是非常多的，我們也關(guān)注了對于癲癇患者的治療。

問題在于說我們觀察大腦每一部分是什么樣的，我們再做有效的成像，來觀察發(fā)生癲癇的時候，大腦是什么樣的狀態(tài)。我們怎么樣在癲癇發(fā)病之前來做觀察？我們觀察神經(jīng)的變化，如果開車的時候發(fā)生癲癇的時候會發(fā)生事故，比如說提前10分鐘甚至30分鐘之前，通過手機(jī)或者其他的方式給我們的患者發(fā)出警告，在這個時候就可以最大程度減少損失和傷害。

最后看一下我們的解決方案?，F(xiàn)在我們用的方式是VNS還有RNS，我們把它裝到大腦里面，我們時刻對它進(jìn)行觀察，我們對于不同的大腦區(qū)域進(jìn)行不同的刺激來鑒別癲癇發(fā)生主要的區(qū)域是哪，我們需要對這樣一個發(fā)病區(qū)域進(jìn)行有效的定義，這個時候如果想做更精準(zhǔn)的定位的話，我們需要去醫(yī)院做核磁共振的檢查，因?yàn)檫@種情況，我們可以做很精確的檢查，但是癲癇來的是非常急的，現(xiàn)在我們不能說指望用核磁共振的診斷，能夠保證我們每一個月都不會發(fā)病，這種情況是不現(xiàn)實(shí)的，這個時候我們需要考慮到，我們怎么樣用一些外治的設(shè)備，用這些傳感器能夠更好的監(jiān)控，我們電腦電子信號的傳遞。我們?nèi)メt(yī)院的話，他們測試的是腦電波，我們現(xiàn)在用這樣一些方式，腦波長波大概是735到835納米，這個時候我們仔細(xì)觀察，在哪一部分的腦部活動會引起癲癇，下面就有這張圖，大家能夠看到癲癇發(fā)病來自于大腦。我們在頭皮能夠檢測到不同的電子信號變化，這樣能夠幫助我們來定位我們的癲癇到底由哪一部分大腦產(chǎn)生的，我們現(xiàn)在有不同的技術(shù)，有芯片，幫助我們針對個性化，能夠滿足個性化患者的需求，能夠讓他們更加深入進(jìn)入到大腦當(dāng)中，能夠更好的理解每一個患者具體的發(fā)病情況，這是我前面講到的例子。我們也用到納米技術(shù)，也就是納米顆粒，納米顆粒有一些特性，當(dāng)我們在思考的時候，我們激發(fā)的是納米顆粒，我們在大腦某一個局部，它的活動會比較明顯。如果說在癲癇的時候，可能會產(chǎn)生激發(fā)大量顆粒的話，在這個時候我們就可以檢測納米顆粒的密度和強(qiáng)度，來幫助我們定位癲癇是由哪部分大腦發(fā)生的。在右邊這張圖大家能夠看到，我們在小白鼠身上也做了這樣一些實(shí)驗(yàn)，這是我們檢測的一些案例。

大家看一下，這是在大腦發(fā)病的時候給出的信號，通過這樣一些變化，我們看這里面有不同的顏色，顯示了10到20秒當(dāng)中，癲癇它的發(fā)病情況，包括對于我們大腦信號的影響。這些我們都可以通過電子信號來進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)這樣一些信號，能看到大腦信號的頻率是增高的，這樣我們就可以觀察到在癲癇發(fā)生之前出現(xiàn)的一些癥狀，包括癲癇發(fā)病的情況，我們的設(shè)備它的尺寸非常小，大概是兩微米，它的耗電只有6豪瓦。它的啟動也是非常簡單，而且它的敏感性非常高，它知道什么時候啟動，什么時候停止。

即使我們現(xiàn)在有了新的技術(shù)，預(yù)測癲癇也是非常困難的，我們推進(jìn)我們的治療方法和治療手段，我們依然比較困難進(jìn)行預(yù)測。為癲癇做出預(yù)警這是比較困難的，但是這是我們未來發(fā)展方向。

這些是我們機(jī)器學(xué)習(xí)前提的技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展的非常的充分，我們可以考慮用不同病例的分類，對這些機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行定向的訓(xùn)練。比如說機(jī)器深度學(xué)習(xí)，通過深度學(xué)習(xí)，我們可以提高對癲癇發(fā)病的預(yù)測。這是我們未來的想法。希望能夠通過這樣一個檢測，能夠預(yù)判給我們手機(jī)上發(fā)一個警告信息，其實(shí)對于中風(fēng)來講，我們看到很多之前的中風(fēng)，對于中風(fēng)患者，我們這個設(shè)備也是適用的。我希望能夠真正為患者帶來未雨綢繆的福利。

再來看一下后面的技術(shù)，這是我們研究的領(lǐng)域。全球有很多團(tuán)隊(duì)都在研究癲癇預(yù)測的時候，包括先后傳輸?shù)淖兓?，包括其他一些研究方向和角度，這里面都給出了我們做的工作，比如說這里面對于信號源的解讀，還有其他疾病，都是我們的關(guān)注方式，后面是我們做的應(yīng)用和嘗試。對于不同的疾病，我們有不同定制化的服務(wù)。比如說ICC，他們也做了很多工作，ISSCC這都是其他的一些大學(xué)，多倫多大學(xué)正在做的一些工作?，F(xiàn)在我們也希望有更多的內(nèi)存，對于我們大腦來講，我們需要更小的芯片，我們不能把筆記本植入大腦當(dāng)中，現(xiàn)在更需要做的是加強(qiáng)我們執(zhí)行器可用的數(shù)據(jù)存儲，對于內(nèi)存來講，這也是我們未來要解決的比較復(fù)雜的問題。

還有我們現(xiàn)在有一些福音，我們的芯片越來越少，而且能耗越來越低，利用深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)，我們可以更好的生產(chǎn)更加智能的芯片，更好的提高我們芯片的效率，減少它的能耗。還有我們有不同的軟件，有不同的算法能夠更優(yōu)化我們硬件的表現(xiàn)。還有我們材料學(xué)的進(jìn)步，這都是給我們帶來的利好消息。還有我們怎么來進(jìn)行有效的管理，再有我們未來的目標(biāo)，對于我們未來的設(shè)備運(yùn)行能耗的目標(biāo)，也就是10次方。

還有一點(diǎn)，我們希望在未來能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)更低的能耗。在研發(fā)當(dāng)中，我們需要花很多的資金，我們也希望在未來我們的芯片，它能夠達(dá)到微米級的尺寸，這樣的話會為我們患者帶來更好的福利。

再看一下這里面我們針對于現(xiàn)有的這些技術(shù)，根據(jù)不同的模型進(jìn)行能耗的優(yōu)化，大家能看到，這是在西湖大學(xué)正在做的工作，黃色的部分這是我們最新的目標(biāo)，這是我們的愿景。對于機(jī)器學(xué)習(xí)做出預(yù)判，其實(shí)這一概念在1975年已經(jīng)出現(xiàn)，它不是一個新的概念，在發(fā)展至今，有很多科學(xué)家都已經(jīng)在這方面做出了非常大膽的嘗試和努力，比如1981年做出的一些嘗試，包括2012年做了一些新的嘗試，整個技術(shù)慢慢來發(fā)展，包括我也一直在做這方面的研究，比如說我之前在美國的時候做過類似這樣一些研究，現(xiàn)在我也在西湖大學(xué)繼續(xù)我的研究?，F(xiàn)在我們能夠看到從1975年開始到現(xiàn)在，我們現(xiàn)在對于癲癇的預(yù)測已經(jīng)有了大量研究報(bào)告的出現(xiàn)，這些都是我們蓬勃發(fā)展的證據(jù)。

我們有一些微觀的設(shè)備，把它植入我們的神經(jīng)當(dāng)中，通過我們微傳感器來搜索我們的神經(jīng)信號。這是我們的模型，對于微設(shè)備，我們可以把它取出，把它拿出，也非常方便進(jìn)行更換或者是監(jiān)測。這是我們大致的想法，我左手邊的這張圖，我們希望能夠把我們未來聲畫傳感器做的更小，有更強(qiáng)大的，或者能耗更低的芯片進(jìn)行有效的處理，我們對現(xiàn)在存活的細(xì)胞進(jìn)行模擬。

這是人工尿道括約肌失禁的研究，我們膀胱失禁的話，我們控制不了排泄，我們要解決這些患者的痛苦，這是我們做的系統(tǒng)的模擬。比如說我們有生物泵，包括對于尿管閉合的監(jiān)測設(shè)備，我們可以用手機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

我們能做什么呢？我們可以植入非常小的毫米級的設(shè)備，這是我們面臨的挑戰(zhàn)。因?yàn)榇竽X是非常復(fù)雜的，而且大腦的功能也是非常多元化，這個時候?qū)τ谖覀兾磥砀玫娜パ芯可窠?jīng)的疾病，帶來更大的挑戰(zhàn)。在此我想和大家分享一下我們的研究團(tuán)隊(duì)，這是我們杭州研究團(tuán)隊(duì)，這是我們的一張照片。非常感謝各位！