太平洋科技要聞

腦機接口的現(xiàn)實堪比科幻，我們離電子永生還有多遠

硬核看板整合編輯：龔震發(fā)布于：2024-04-11 15:44

2024年3月22日，馬斯克旗下腦機接口公司Neuralink的首位腦機芯片植入受試者諾蘭德·阿博（Noland Arbaugh）用意念操作，發(fā)布了他在X平臺上的首條帖子。這樣看起來好像科幻電影的事情竟然在現(xiàn)實世界發(fā)生了。腦機接口這個話題在今年越來越頻繁地出現(xiàn)在我們的視野里。然而，究竟什么是腦機接口技術？它能為我們帶來什么？這項技術的實現(xiàn)離我們有多遠？

現(xiàn)實的腦機接口本身就很“科幻”

“腦機接口”這個概念在眾多的科幻作品中都有所提及。

比如在電影《黑客帝國》中，主角尼奧發(fā)現(xiàn)看似正常的現(xiàn)實世界實際上是由一個名為“矩陣”的計算機人工智能系統(tǒng)控制的，而現(xiàn)實世界的人類是通過插入現(xiàn)實世界的人類需要通過插入連接器的方式進入到“母體”世界中的。

又比如《攻殼機動隊》中，可移植的終端逐漸地替代了過時的可移動/可穿戴技術，幾乎所有人類都進行了不同程度的改造，很多人的身體都有著與網(wǎng)絡連接的端口。

事實上，無論是形式還是功能，現(xiàn)實世界中的腦機接口，和科幻作品中的腦機接口都差不多。

通過腦機接口，人類實現(xiàn)靠意念就能實現(xiàn)想做的事；這對于現(xiàn)實中生理有缺陷的殘疾人尤為重要，無需動用肢體，靠人腦的意念，便可以完成相應的動作。

同時，腦機接口的實現(xiàn)還可以將知識存儲在U盤中直接輸入我們的大腦，可以將我們腦海中的奇思妙想轉變?yōu)樗囆g創(chuàng)作，可以將我們一些抽象的想法轉換為具象的論文，報告。

也許正如一位B站網(wǎng)友在視頻中評論的那樣：人類脫離“肉體苦難”，實現(xiàn)“機械飛升”的時代來臨了。

在美劇《上載新生》中，男主人公在現(xiàn)實世界死亡后被上傳到數(shù)字世界中

腦機技術是怎樣實現(xiàn)的

簡單來說，腦機接口允許人們使用自己的腦電信號來控制計算機或其他設備。將人類的腦電信號捕捉、破譯、轉化為機器能理解的指令，是腦機接口的基本邏輯。

首先是信號采集。腦機接口通過傳感器采集人腦的電活動或另外的生理信號。最常用的信號采集方式是腦電圖 (Electroencephalogram，EEG)，可以通過電極放置在頭皮上記錄大腦皮層的電位變化。

接下來是對采集到得信號進行預處理。因為采集到的腦電信號會受多種因素影響，預處理就是提純腦電信號的過程。預處理包括濾波、去除運動偽影、偽差等步驟，以提高信號質量和可靠性。濾波是為了濾除干擾電信號識別的波段，如外界環(huán)境，運動偽影則由患者自主運動或者生理運動產(chǎn)生，會造成信號模糊或有重影，偽差是腦電圖中的非腦源性電活動，它會混入我們所需要識別的電信號中，造成干擾。

最后是特征提取。這部分是指我們從預處理后連續(xù)的腦電信號中，捕捉出與用戶意圖或認知狀態(tài)相關的信息。常用的特征提取方法包括時域分析、頻域分析、小波變換、時頻分析等，根據(jù)具體的應用和信號類型選擇合適的特征提取方法。

對于能否使用腦電信號來實現(xiàn)對外部的控制，采集的信號是否清晰是關鍵。據(jù)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科馬永杰博士所說，目前正在推進研發(fā)的腦機接口主要有三種，分別是侵入式、非侵入式、介入式三大類。

其中侵入式腦機接口是以開顱等方式，將電極植入大腦皮層功能區(qū)附近。由于直接接觸大腦皮層，這種方式獲取的腦電信號是準確度最高的，但也由于它采取的是有創(chuàng)的接入方式，因而會對人體造成較大損傷，并可能出現(xiàn)炎性反應、排異反應等。

非侵入式腦機接口通過頭皮采集腦電信號，優(yōu)點是安全，缺點是隔著頭皮采集到的信號純度和信噪比較差，質量不高。

介入式腦機接口是通過微創(chuàng)介入方式，將血管穿刺小口，通過類似心臟支架的微創(chuàng)手術實現(xiàn)腦機連接。創(chuàng)傷較侵入式腦機接口更小，信號質量較非侵入式腦機接口更高。

中國已在腦機接口領域的最前沿

腦機接口更廣為大眾所熟知的，當屬馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink（神經(jīng)鏈接）。Neuralink成立于2016年，專門從事腦機接口技術的研究。

前不久公布的視頻詳細展示了研究團隊在大腦控制研究上的重大突破：通過一只名為“帕格”（Pager）獼猴，在其腦內(nèi)植入Neuralink設備，利用腦機接口技術，讓一只猴子能夠在沒有游戲操縱桿的情況下，僅用大腦意念方式來控制一臺電腦，并玩轉“MindPong”游戲。

但是，Neuralink目前采用的是侵入式芯片的方式，這種方式對被植入者的傷害風險較大，此前Neuralink就曾被曝用于試驗的多只猴子死亡，雖然馬斯克多次否認此事。

相比于國外，國內(nèi)也很早就開始了腦機接口技術的研究。

四肢癱瘓的張先生經(jīng)過系統(tǒng)訓練，可以使用“意念”操控機械臂喝可樂

早在2020年1月，浙江大學就對外宣布完成國內(nèi)第一例國內(nèi)第一例植入式腦機接口臨床研究，患者可以完全利用大腦運動皮層信號精準控制外部機械臂與機械手實現(xiàn)三維空間的運動，同時首次證明高齡患者利用植入式腦機接口進行復雜而有效的運動控制是可行的。

介入式腦機接口非人靈長類動物試驗

而在2022年6月，南開大學段峰教授團隊首次在羊腦內(nèi)實現(xiàn)介入式腦機接口。2023年5月，該團隊完成了全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗，在猴腦內(nèi)實現(xiàn)了介入式腦機接口腦控機械臂。

此次試驗的介入手術由解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心神經(jīng)外科吳東東醫(yī)師團隊操作完成。介入式腦機接口，通過介入手術將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無需開顱手術即可采集到顱內(nèi)腦電信號，相較于傳統(tǒng)侵入式和非侵入式腦機接口，兼顧了安全性和識別穩(wěn)定性。

據(jù)正在參與該項目研發(fā)、試驗的宣武醫(yī)院神經(jīng)外科馬永杰博士所說，“從臨床醫(yī)生的角度來看，我認為這可以代表目前我國該領域最先進的水平”。

腦機接口未來該何去何從

腦機接口雖然技術發(fā)展迅速，也越來越受到大眾的關注，然而，一項新興技術的產(chǎn)生總是伴隨著一系列的新問題。

首先是技術上的問題。由于腦機接口技術本身作為一項新興技術，并不成熟，它仍有不少障礙要克服。這包括破解復雜腦電波的障礙、多學科聯(lián)動的技術障礙等。同時作為一個系統(tǒng)工程，腦機接口包括軟硬多個組件，涉及微電子、神經(jīng)科學、材料學、機器人、臨床醫(yī)學等多個學科，產(chǎn)學研醫(yī)交叉融合、環(huán)環(huán)相扣。

腦機接口技術目前僅能使得人類通過大腦活動控制一些簡單物體，完成簡單動作，比如機械手或者移動鼠標。如何將腦機接口技術運用到更深層次，實現(xiàn)更復雜的功能，還需要時間。馬永杰博士也說，“未來在一定程度上將人類的思考、意識、記憶存儲下來，不是完全沒有可能。你甚至可以讓想象得更加“科幻”一點，比如意識的直接顯示、通過意識實現(xiàn)駕駛等，都不是沒有可能。只不過這需要一個較長的周期”。

除此之外，腦機接口技術的未來應用也涉及法律、倫理和監(jiān)管問題。腦機接口作為人與客觀世界之間并非無懈可擊的中介，也存在被對手入侵甚至接管的風險。

就好像電影《盜夢空間》中，人們可以通過電子設備入侵睡眠者的夢境并與之互動、甚至改變夢境，從而改變睡眠者的觀念和想法。

隨之而來的則是法律上的問題，侵入他人的大腦應該算犯什么罪？被侵入大腦的人實施了犯罪之后，本人算不算犯罪？如何區(qū)分是被侵入大腦的被動犯罪，還是主觀的犯罪？這些都需要時間來給出相應的對策。

但無論如何，腦機接口的未來是更廣闊的。人們的行業(yè)生產(chǎn)、藝術創(chuàng)作、生活方式都有可能因為腦機接口而發(fā)生翻天覆地的變化，或許我們不用再經(jīng)歷小、初、高那樣長的教育階段；或許我們不用出門就能沉浸式地體驗世界任何一處地方；又或許如《賽博朋克：2077》那樣腦機接口的實現(xiàn)使得人身體中植入各種機械，人類的意識將會在機械上永存，“機械飛升”的時代或許離我們并不遙遠。

文章來源：硬核看板

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