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解碼腦機(jī)接口發(fā)展路徑

以現(xiàn)在人類對(duì)腦科學(xué)知識(shí)的理解，意識(shí)的物理本質(zhì)是“大腦神經(jīng)元”之間的聯(lián)系和電化學(xué)信號(hào)傳播。通過監(jiān)測(cè)、識(shí)別、改變腦電波，人類就可以對(duì)意識(shí)進(jìn)行控制和改造，腦機(jī)接口便是這種行為最極致的體現(xiàn)。

腦機(jī)接口（BCI，Brain-Computer Interface），又名“大腦端口”或“腦機(jī)融合感知”，是指通過在腦部神經(jīng)與外部機(jī)器建立直接連接，實(shí)現(xiàn)信息交互的應(yīng)用。簡(jiǎn)單來(lái)說，就是實(shí)現(xiàn)人腦與機(jī)器的“直接對(duì)話”，馬斯克將其形容為“心靈感應(yīng)”（Telepathic Powers）。

腦機(jī)接口的技術(shù)核心在于對(duì)腦電波的讀寫。根據(jù)資料記載，德國(guó)精神科醫(yī)生漢斯·貝格爾（Hans Berger）于1924年首先發(fā)現(xiàn)腦電波，并制作了人類第一張腦電圖；直到1973年，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校計(jì)算機(jī)科學(xué)教授雅克?維達(dá)爾（Jacques Vidal）首次在學(xué)術(shù)期刊上提出腦機(jī)接口的概念；20世紀(jì)90年代，伴隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展，人類已經(jīng)不滿足于將手指作為與手機(jī)、電腦進(jìn)行信息交互的介質(zhì)。至此，腦機(jī)接口作為多個(gè)交叉學(xué)科最前沿的研究方向之一，迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。

當(dāng)前，人類獲取腦電波的方式分為侵入式接口與非侵入式接口。侵入式接口技術(shù)需要通過手術(shù)等方式，直接將電極、芯片、傳感器植入到大腦皮層，Neuralink腦機(jī)接口公司正是采用了該連接方式；非侵入式方式則無(wú)需通過侵入大腦，只需在頭皮上部署密密麻麻的電極，便可讀取腦電波數(shù)據(jù)。

原則上，人類通過腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)思維互動(dòng)、防治重大腦疾病、實(shí)現(xiàn)類腦智能等多個(gè)應(yīng)用。但目前仍存在“如何實(shí)現(xiàn)從大腦中獲取正確的信息”、“如何將信息發(fā)送到大腦”等急需解決的難題。

盡管技術(shù)的成功仍需時(shí)間與經(jīng)驗(yàn)的累積，但在腦機(jī)接口技術(shù)的背后，人工智能正在扮演著越來(lái)越重要的角色。

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人腦智能化將成未來(lái)方向

當(dāng)前，以認(rèn)知仿生驅(qū)動(dòng)的“類腦智能”已經(jīng)成為人工智能的一個(gè)重要分支。類腦智能受腦結(jié)構(gòu)與認(rèn)知行為機(jī)制啟發(fā)，以計(jì)算建模為手段，可通過軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。機(jī)器通過模仿人腦可實(shí)現(xiàn)低功耗自主學(xué)習(xí)，同時(shí)具備較強(qiáng)的邏輯分析與認(rèn)知推理能力。

事實(shí)上，如果將人體視為一臺(tái)電腦，大腦就是運(yùn)算核心。如果普通電腦可以通過外接設(shè)備提高自身性能，人類對(duì)大腦的“改良”也同樣適用。特別是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與突破，機(jī)器已經(jīng)在某些方面顯示出超越人類的“高智商”。正如馬斯克所言： “未來(lái)人類智力會(huì)被人工智能甩在身后，腦機(jī)接口可以讓我們跟上AI的腳步。”

值得一提的是，Neuralink的創(chuàng)立正是緣于馬斯克擔(dān)心“人工智能無(wú)限度的發(fā)展最終將抑制人類自身的智能”。想要完全限制人工智能的發(fā)展并不現(xiàn)實(shí)，而在人工智能全面超越人類之前，讓人類“AI化”幾乎成為唯一出路，腦機(jī)接口正是解決路徑。

鑒于腦機(jī)接口技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展所能夠帶來(lái)的強(qiáng)大的推力，該技術(shù)已經(jīng)成為了全球各國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地，包括美國(guó)、歐盟、日本、中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家和地區(qū)均已經(jīng)涉足這一領(lǐng)域。

2013年

時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動(dòng)“創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)大腦研究”計(jì)劃（US BRAIN Initiative），欲通過繪制腦部動(dòng)態(tài)圖像的方法來(lái)了解大腦對(duì)大量信息的記錄、處理、應(yīng)用、存儲(chǔ)和檢索的過程，幫助研究人員找到治療甚至防止老年癡呆癥、創(chuàng)傷性腦損傷等腦部疾病的新方法。

2013年

歐盟推出了由15個(gè)歐洲國(guó)家參與、預(yù)期10年的“人類腦計(jì)劃”（HBP）。與美國(guó)不同的是，歐洲“人類腦計(jì)劃”側(cè)重于通過超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)模擬腦功能來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能。在具體做法上，歐盟主要通過實(shí)驗(yàn)收集的分子、細(xì)胞、解剖學(xué)等數(shù)據(jù)來(lái)復(fù)制大腦的詳細(xì)信號(hào)，再應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)上。

2014年

日本科學(xué)家發(fā)起了神經(jīng)科學(xué)研究計(jì)劃（Brain/MINDS）。該計(jì)劃側(cè)重于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要是以狨猴大腦為模型，加快對(duì)人類大腦疾病如老年癡呆、精神分裂癥的研究。

2015年

中國(guó)正式確定了具有“一體兩翼”結(jié)構(gòu)的中國(guó)腦計(jì)劃。“一體兩翼”以研究腦認(rèn)知的神經(jīng)原理為“主體”，研發(fā)腦重大疾病診治新手段和腦機(jī)智能新技術(shù)為“兩翼”。與此同時(shí)，中國(guó)“腦科學(xué)和類腦研究”也被列入“十三五”規(guī)劃綱要中的國(guó)家重大科技創(chuàng)新和工程項(xiàng)目。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展已經(jīng)取得重大進(jìn)展，部分行業(yè)內(nèi)企業(yè)也開始陸續(xù)研發(fā)出基于該技術(shù)的解決方案。

以國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口技術(shù)公司北京布潤(rùn)科技為例。布潤(rùn)科技是一家專業(yè)從事EEG腦電采集、腦電分析、腦電模式識(shí)別、腦機(jī)接口控制與應(yīng)用的高科技技術(shù)公司。基于EEG腦電圖、MEG腦磁等腦成像技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，布潤(rùn)科技專注于為腦機(jī)接口嵌入、AI等領(lǐng)域提供個(gè)性化定制集成系統(tǒng)和解決方案。在優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)的共同努力下，其產(chǎn)品硬件與軟件技術(shù)成熟度均已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

成立于2017年的布潤(rùn)科技，在發(fā)展初期就受到了投資機(jī)構(gòu)的關(guān)注。在2018年，布潤(rùn)科技獲得聯(lián)想控股旗下早期投資機(jī)構(gòu)聯(lián)想之星的天使輪投資。

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腦機(jī)接口催生廣闊商業(yè)前景

事實(shí)上，人腦智能化有望催生更多應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)更迭。從現(xiàn)階段來(lái)看，腦機(jī)接口在幫助殘疾人康復(fù)、老年人護(hù)理等醫(yī)療領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)，在教育、軍事、娛樂、智能家居等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。

今年4月23日，《Cell》（細(xì)胞）雜志刊登了一篇來(lái)自美國(guó)俄亥俄州Battelle研究所與俄亥俄州立大學(xué) Wexner Medical Center、標(biāo)題為“Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface”的重磅研究論文，該論文介紹了一個(gè)通過腦機(jī)接口來(lái)恢復(fù)嚴(yán)重脊髓損傷的患者案例。

這項(xiàng)研究的參與者是28歲的Ian Burkhart。2010年，他在一次潛水時(shí)不幸發(fā)生意外，并因臨床上脊髓嚴(yán)重?fù)p傷而導(dǎo)致長(zhǎng)期癱瘓。

2014年以來(lái)，Burkhart一直與研究人員合作開展一個(gè)名為“Neuro Life”的項(xiàng)目，在這項(xiàng)研究中，研究人員在Burkhart皮膚上放置了電極系統(tǒng)，并在他的大腦運(yùn)動(dòng)皮層中植入小型記錄芯片，這種芯片不僅可以使癱瘓患者恢復(fù)正常運(yùn)動(dòng)，還可以恢復(fù)觸覺。

在此次實(shí)驗(yàn)中，腦機(jī)接口裝置利用電線將運(yùn)動(dòng)信號(hào)從大腦直接傳遞到肌肉，從而繞開了脊髓的損傷的部分，使Burkhart可以充分控制自己的手臂和手，實(shí)現(xiàn)舉起咖啡杯、刷信用卡和玩《吉他英雄》等動(dòng)作。Cell研究顯示，與偶然性相比，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中癱瘓者可成功恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，觸覺準(zhǔn)確率達(dá)90%。

當(dāng)前，腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域可以幫助人類實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)化”和“恢復(fù)”人體機(jī)能的目的?！皬?qiáng)化”路徑主要通過將芯片植入大腦，以達(dá)到增強(qiáng)記憶、推動(dòng)人腦和計(jì)算設(shè)備的直接連接，實(shí)現(xiàn)“人類增強(qiáng)”；“恢復(fù)”的方向主要針對(duì)多動(dòng)癥、中風(fēng)、癲癇等疾病以及殘障人士做對(duì)應(yīng)的恢復(fù)訓(xùn)練，采取的主要方式是神經(jīng)反饋訓(xùn)練。

而在教育、軍事、娛樂、智能家居等方面，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用空間更為廣闊：

教 育

腦機(jī)接口技術(shù)主要覆蓋學(xué)生注意力的實(shí)時(shí)探測(cè)和訓(xùn)練，既可以幫助老師及時(shí)了解課堂情況來(lái)改變教學(xué)內(nèi)容，也能夠幫助學(xué)生提高注意力。

軍 事

腦機(jī)接口技術(shù)可以幫助人類更好的操控?zé)o人機(jī)、無(wú)人車、機(jī)器人等設(shè)備，從而代替軍人或特殊職業(yè)人士從事各種危險(xiǎn)的任務(wù)，以及在不適宜人工操作的環(huán)境中開展任務(wù)。

娛 樂

腦機(jī)接口技術(shù)可與虛擬現(xiàn)實(shí)AR/VR技術(shù)相結(jié)合，無(wú)需手柄即可直接通過思維來(lái)控制游戲角色，以此來(lái)獲得更加沉浸式的游戲體驗(yàn)。

智 能 家 居

智能家居是腦機(jī)接口技術(shù)與IoT（物聯(lián)網(wǎng)）跨領(lǐng)域結(jié)合的一大想象空間。在這一領(lǐng)域，腦機(jī)接口扮演的角色類似于“遙控器”，可以幫助人們用意念控制燈光、門窗、家電等物品的開關(guān)，以及家庭服務(wù)機(jī)器人的操控。

據(jù)聯(lián)合市場(chǎng)研究公司（Allied Market Research）調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020年腦機(jī)接口的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到14.6億美元。另有研究機(jī)構(gòu)測(cè)算，如果將腦機(jī)接口技術(shù)有可能深度影響的數(shù)個(gè)科技領(lǐng)域整體來(lái)看，市場(chǎng)規(guī)模有望在5年內(nèi)達(dá)到數(shù)千億美元。

目前，人類對(duì)自身大腦結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知正得到快速?gòu)?qiáng)化。而隨著腦機(jī)接口技術(shù)的快速發(fā)展與完善，現(xiàn)實(shí)生活中的諸多應(yīng)用場(chǎng)景將被徹底顛覆，屆時(shí)人類社會(huì)也將迎來(lái)新一輪革新。

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參考資料

• 馬斯克展示Neuralink賽博豬，腦機(jī)接口在未來(lái)怎應(yīng)用？
• 解讀Neuralink最新腦機(jī)接口設(shè)備，3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)“人機(jī)共生”真有可能？
• 腦機(jī)接口不斷迎來(lái)重大突破，“思想鋼印”還會(huì)遠(yuǎn)嗎？
• 腦機(jī)接口大突破！Cell 重磅研究：癱瘓者可成功恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，觸覺準(zhǔn)確率達(dá) 90%

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THE END