“腦機接口”技術(shù)或讓“讀心術(shù)”成為現(xiàn)實

還記得科幻電影《阿凡達》中的男主角杰克嗎？他竟然可以通過思維控制“外星人”的軀體。這種堪稱“黑科技”的神奇技術(shù)，就是“腦機接口”技術(shù)。它通過對腦電波信號的監(jiān)測，分析推斷人的想法和目的，進而產(chǎn)生對應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制信號，實現(xiàn)與外界設(shè)備的實時交互。

隨著“腦機接口”技術(shù)的日益成熟，未來戰(zhàn)場或?qū)崿F(xiàn)士兵大腦與武器系統(tǒng)的直接連接，進一步推動人與裝備的有機融合，此技術(shù)或?qū)㈤_啟智能化戰(zhàn)爭的新天地。如今，美國國防部高級研究計劃局正積極開展“腦機接口”相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)，《經(jīng)濟學人》雜志還重點介紹了通過“意念”控制機器的方法，標志著這種“心靈感應(yīng)”正在從想象變成現(xiàn)實。

從“善解人意”到“腦控”成真

近日，美國國防部牽頭投資的多個研究項目，主要致力于開發(fā)高分辨率腦神經(jīng)接口。事實上，不僅是美國軍方，美國科技界也不愿在即將到來的“腦控時代”被甩在身后。為實現(xiàn)人腦與計算機的連接，F(xiàn)acebook創(chuàng)始人扎克伯格也在積極推動“腦機接口”研究，旨在研發(fā)出更加“善解人意”的計算機，實現(xiàn)以人的“意念”完成鍵盤、鼠標等輸入操作。

所謂“腦機接口”技術(shù)，就是在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建直接連接的信息通路?！澳X機接口”單向通信時，主要是通過對腦電波信號的監(jiān)測，分析推斷人的想法和目的，產(chǎn)生對應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制信號，計算機收到大腦“傳送”來的指令后，進而開展相關(guān)操作。雙向“腦機接口”則允許大腦與外部設(shè)備間展開雙向信息交換，仿佛是用大腦跟電腦說“悄悄話”。當然，在“腦機接口”中，“腦”泛指有生命形式的大腦或神經(jīng)系統(tǒng)，“機”則包括任何能進行處理或計算的外部設(shè)備。

“腦機接口”技術(shù)的產(chǎn)生并不久遠。在上世紀70年代，“腦機接口”技術(shù)的概念萌發(fā)。1988年，美國研究人員首次實現(xiàn)了用大腦直接控制虛擬打字機。緊隨其后，瑞士研究人員實現(xiàn)了讓輪椅按人腦意識行走。2013年，英國研究人員首次開發(fā)出可用于控制飛船模擬的“腦機接口”裝置。美國研究人員又在此基礎(chǔ)上進行了后續(xù)改建，使得人們可通過戴在頭上的裝置控制飛船模擬飛行。如今，研究人員通過頭發(fā)絲一樣細的彈性纖維，成功地將光、電和化學信號組合傳輸?shù)酱竽X中，為實現(xiàn)大腦不同區(qū)域間的態(tài)勢感知提供了新的思路，有望進一步突破“腦機接口”信息傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸。

讀懂“腦語”沒那么簡單

被稱為“三磅宇宙”的人腦不僅是人體中最復(fù)雜的部分，也是一個高度復(fù)雜的信息處理中心，數(shù)以十億計的神經(jīng)元通過相互連接進行信息交流，并通過整體協(xié)作來完成各種認知任務(wù)。“腦機接口”技術(shù)要發(fā)展成熟，遇到的核心技術(shù)難點包括大腦神經(jīng)生物信號采集及處理、人機高效協(xié)同等。如何高效采集到腦電信號并成功“解碼”，能否將人腦的思維活動轉(zhuǎn)換為指令信號，都考驗著涉及機械動力、機器學習、神經(jīng)科學、認知科學、信息工程等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究水平。

還記得在2014年巴西世界杯開幕式上，一名癱瘓少年通過大腦控制外骨骼開出的那一球嗎？之所以能夠用“意念”驅(qū)動外骨骼，正因為采用了“腦機接口”技術(shù)?！澳X機接口”的主要功能就是捕捉人腦在進行思維活動時產(chǎn)生的一系列腦電波信號。通過對腦電波信號進行特征提取、功能分類，就能辨別人的真實意圖。不過，“腦機口”是一項復(fù)雜的交叉學科，實現(xiàn)巴西世界杯的開球一腳，足足耗費了研究人員2年時間開展技術(shù)攻關(guān)。

即便是實現(xiàn)了信號的高效采集，“腦機接口”技術(shù)還面臨著一個最大的“攔路虎”，那就是大腦本身。目前，人們對于大腦的了解依舊不深，對諸如大腦的運行方式、記憶如何形成等復(fù)雜功能更是知之甚少。伴隨著神經(jīng)科學與機器學習的快速發(fā)展，未來人們有望進一步識別神經(jīng)活動模式，揭示出更多“大腦的秘密”。

用“意念”決勝千里之外

你能想象，未來可以通過意念直接駕駛戰(zhàn)斗機升空作戰(zhàn)嗎？在美國國防部高級研究計劃局開展的項目中，就有這樣一個“腦洞大開”的項目。研究人員通過在人體內(nèi)植入信號探針，讓全身癱瘓人士通過意念控制機械手臂，不僅實現(xiàn)了給自己喂食，甚至還能完成擊掌和豎起大拇指等動作。

研究人員隨后通過一系列復(fù)雜試驗，實現(xiàn)了通過意念在飛行模擬器上操控F-35戰(zhàn)機。此舉不需要像其他飛行員那樣進行復(fù)雜的操作培訓，這名“飛行員”只要想象自己想要怎么飛就好。

美軍從本世紀初就開始探討“腦機接口”技術(shù)在軍事領(lǐng)域的具體應(yīng)用方式。2004年，美國國防部相繼資助多個實驗室開展“思維控制機器人”研究，還廣泛涉獵腦聽器、心靈及生理響應(yīng)系統(tǒng)、無線電催眠發(fā)生器等多項“腦機接口”技術(shù)研發(fā)。目前，其研究出的“認知技術(shù)威脅預(yù)警”項目，可輔助士兵在2~3秒內(nèi)識別視距范圍內(nèi)100個威脅目標。2013年，美國國防部高級研究計劃局披露了一項名為“阿凡達”的研究項目，旨在通過意念遠程操控“機器戰(zhàn)士”，以代替士兵在戰(zhàn)場上完成各類作戰(zhàn)任務(wù)。

“腦機接口”技術(shù)在武器裝備發(fā)展方面具有巨大的應(yīng)用潛力，它允許士兵直接通過大腦控制武器裝備，將深刻影響并改寫未來戰(zhàn)爭的游戲規(guī)則。早在2013年，美國國防部高級研究計劃局就開始自主式雙足機器人的研究，其遠程“控制端”正是士兵的大腦。目前已研制成功的腦電波遙控直升機，通過大腦信號遠程操控，躲避障礙物的成功率高達90%。研究表明，采用“腦機接口”技術(shù)，可提高作戰(zhàn)人員操控武器裝備的靈活性和敏捷性。

同時，“腦機接口”技術(shù)所賦予武器裝備“隨心所動”的智能化特征，也將進一步提高士兵戰(zhàn)場態(tài)勢感知與目標探測能力，對武器裝備發(fā)展應(yīng)用、戰(zhàn)場博弈“攻防之術(shù)”產(chǎn)生深遠影響。