雙向腦機(jī)接口技術(shù)研究與應(yīng)用實例分享

在過去的50多年里，全世界的大學(xué)實驗室和科技公司的研究人員已經(jīng)在這一領(lǐng)域獲得驚人的進(jìn)步。最近伊隆·馬斯克和布萊恩·約翰遜等成功企業(yè)家已經(jīng)公布了新的目標(biāo)，試圖通過腦機(jī)接口技術(shù)增強(qiáng)人類能力。那么，將大腦與科技相連的成功距離我們還有多遠(yuǎn)？當(dāng)我們的大腦與機(jī)器相連時會帶來怎樣的影響？

美國運動感知神經(jīng)工程學(xué)研究中心（CSNE）的研究人員Eb Fetz是這一領(lǐng)域最早的先驅(qū)者之一。在1969年，當(dāng)時私人電腦甚至都還沒有問世，他就表明猴子能夠通過增強(qiáng)它們的腦電波信號來操控一個轉(zhuǎn)盤上的指針。

最近腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域的許多研究都以改善那些癱瘓或者患有嚴(yán)重運動殘疾的人們生活質(zhì)量為目標(biāo)。你可以在最近的新聞中看到研究人員獲得的成績。匹茲堡大學(xué)的研究人員借助大腦中記錄的信號來操控一只機(jī)器手臂。斯坦福大學(xué)的研究人員能夠從癱瘓病人的腦電波中提取運動意圖，讓他們無線操控一臺平板電腦。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電信號傳遞到大腦內(nèi)或者大腦皮層時，就會有一些有限的虛擬感覺傳遞回大腦。這一研究最早的應(yīng)用涉及到視覺和聲覺康復(fù)治療。最早期的仿生眼具有嚴(yán)重的視覺障礙，而改善后的版本正在進(jìn)行人類臨床實驗。此外，人工電子耳蝸已經(jīng)成為最成功而且最普遍的仿生植入物之一，全世界超過30萬患者正借助這種聽力裝置生活。

目前最復(fù)雜的腦機(jī)接口技術(shù)是雙向腦機(jī)接口技術(shù)（BBCI），這項技術(shù)不僅能夠接收神經(jīng)系統(tǒng)信號還能夠刺激神經(jīng)系統(tǒng)。研究人員將雙向腦機(jī)接口技術(shù)視作治療中風(fēng)和脊髓受傷患者的一種全新康復(fù)工具。研究人員已經(jīng)表明，雙向腦機(jī)接口技術(shù)能夠用于增強(qiáng)兩個大腦區(qū)域之間或者大腦與脊髓之間的連接，而且能夠變更受傷區(qū)域的信息傳遞路線來激活麻痹的肢體。

隨著這些技術(shù)的成功，你或許認(rèn)為腦機(jī)接口即將成為下一個用戶的消費必需品，但是這項技術(shù)仍然處于早期階段。腦機(jī)接口技術(shù)的一些展示表明我們?nèi)匀贿€有很長一段路。當(dāng)借助腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行移動時，與肢體健康人群的日常生活相比，實驗者的動作很緩慢而且精準(zhǔn)度較低。仿生眼為人們提供了分辨率較低的視力，人工電子耳蝸能夠傳遞有限的談話內(nèi)容，而且會讓音樂體驗失真。

想要讓這些技術(shù)成功，必須通過外科手術(shù)植入電極，而這種方式是現(xiàn)在的大多數(shù)人都不考慮的。研究人員稱，并非所有的腦機(jī)接口技術(shù)都是侵入性的。非侵入性的腦機(jī)接口技術(shù)不需要進(jìn)行外科手術(shù)，它們是建立在頭皮腦電波掃描的基礎(chǔ)上，而且用于演示操控鼠標(biāo)指針、輪椅、機(jī)器手臂、無人機(jī)和人形機(jī)器人等，甚至還有腦腦之間的直接交流。

但是所有這些演示都是在實驗室中的，實驗室中的房間是非常安靜的，而且測試者思想集中，實驗也持續(xù)了足夠長的時間來證實概念的可行性。但是這些系統(tǒng)在現(xiàn)實世界中難以滿足實際使用所需要的速度和穩(wěn)定性。即使借助植入電極，也會帶來其它問題，比如說我們大腦構(gòu)造的復(fù)雜性。我們都清楚每個神經(jīng)元和數(shù)千個鄰居共同構(gòu)建了一個超大的網(wǎng)絡(luò)，但是這對于神經(jīng)工程師來說有著完全不同的含義。

假設(shè)，你想要了解一群朋友正在進(jìn)行的一個復(fù)雜話題的談話，但是你只允許傾聽一個人的話語。你或許只能夠聽到這位朋友話語中的粗淺內(nèi)容，而且絕對無法聽到全部細(xì)節(jié)并分辨所有談話的細(xì)微差別。即使目前最好的大腦植入物也只能夠讓我們一次傾聽大腦的一小部分信息，我們可能已經(jīng)獲得了一些令人敬佩的成績，但是我們還無法完全掌控大腦的全部信息。

研究人員認(rèn)為其中還存在一些類似于“語言障礙”的困難。神經(jīng)元通過復(fù)雜的電信號或者化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)彼此之間的交流。這種天然的神經(jīng)元語言可以用電路進(jìn)行解釋，但是并不容易破解。同樣，當(dāng)我們借助電刺激向大腦發(fā)送信號時，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的“口音”問題。這就會讓神經(jīng)元難以理解這種刺激想要表達(dá)的信息內(nèi)容。

最后，這項技術(shù)可能還存在一些大腦損傷問題。大腦組織是柔軟而且有彈性的，而我們連接腦組織所使用的導(dǎo)電材料通常是非常硬的。這意味著我們使用的植入電極通常會帶來傷疤和免疫反應(yīng)，也就是說植入物會隨著時間逐漸失效。未來柔軟的生物相容性纖維或許能夠最終解決這一難題。

盡管面對著這些挑戰(zhàn)，科學(xué)家們對于生物學(xué)未來信心十足。腦機(jī)接口技術(shù)并不需要完美，大腦有著驚人的適應(yīng)能力，而且能夠?qū)W會使用這項技術(shù)，在某種程度上就像我們學(xué)習(xí)駕駛汽車或者使用觸屏界面的新技能。同樣，大腦能夠?qū)W會翻譯新型感覺信息，而且可以使用磁脈沖等非侵入性的方式傳遞信息。

科學(xué)家認(rèn)為雙向腦機(jī)接口技術(shù)或許能夠成為搭建神經(jīng)連接的必要一步。打造這樣一種雙向腦機(jī)接口是他們的研究目標(biāo)。最近借助電子療法進(jìn)行的靶向治療也獲得了令人激動的成功，這種療法使用微型植入物直接向內(nèi)臟器官傳遞指令來治療疾病，完全不需要藥物。

研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的方式來克服電信號與生物信號之間的語言障礙。比如說注射“神經(jīng)花邊”或許能夠成為一種有希望的方式，讓神經(jīng)元旁邊長出植入性電極而不是排斥它們。此外，柔軟的納米線探針、柔軟的神經(jīng)元支架和玻璃碳接口或許能夠讓計算機(jī)在未來與我們?nèi)祟愑淇旃泊妗?/span>

伊隆·馬斯克最新創(chuàng)建的Neuralink公司已經(jīng)提出提出一個終極目標(biāo)，借助腦機(jī)接口技術(shù)增強(qiáng)人類大腦，讓人類能夠在與人工智能的競賽中勝出。他希望人類的大腦能夠通過技術(shù)連接增強(qiáng)自身的能力，這樣或許能夠讓人類避免面臨一個人工智能遠(yuǎn)超過人類的社會。這樣的情景或許看起來很遙遠(yuǎn)而且是人類想象出來的，但是我們不應(yīng)當(dāng)漠視這種想法。畢竟15年前自動駕駛汽車還被認(rèn)為是屬于科幻的領(lǐng)域，現(xiàn)在卻已經(jīng)上路行駛。

將我們?nèi)祟惖拇竽X直接與技術(shù)相連或許最終將成為一種自然過程，人類隨著老化會借助技術(shù)來增強(qiáng)自身，比如說人類曾經(jīng)借助輪椅克服兩足行走的障礙，借助寫下來的符號增強(qiáng)記憶等。就像現(xiàn)在的計算機(jī)、智能手機(jī)和虛擬現(xiàn)實頭盔一樣，當(dāng)人機(jī)接口設(shè)備最終進(jìn)入消費者市場時，它們將成為一種興奮、沮喪、風(fēng)險和希望并存的產(chǎn)物。

在不遠(yuǎn)的將來，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷完善，并且當(dāng)這項技術(shù)能夠讓殘疾人的個體能力超越人類限制時，我們就會真正意識到一系列問題，比如說隱私、一致性、身份和平等性等。一個由哲學(xué)家、臨床醫(yī)生和工程師組成的團(tuán)隊正在積極探索這些涉及倫理、道德和社會公平性的問題，并且想要在這一領(lǐng)域失去控制之前提供神經(jīng)倫理方面的指導(dǎo)方針。