前沿 | “脑机接口”火了,脑控万物将成现实?

在脑中植入一颗芯片,人类就能在瞬间获得超常的学习认知能力和复杂的知识技术;只需将脑部神经与外部机器相结合,哪怕自身禀赋不足,也能产生属于自己的“超能力”;甚至可以将自身大脑的信息提取出来,上传到网络中实现思维的永生……随着“脑机接口”技术的快速演进,人类天马行空的幻想或将变为现实(www.mbxL.com.cn)。

日前,特斯拉兼SpaceX创始人伊隆·马斯克(Elon Musk)召开发布会,向外界展示了其创立的脑机接口公司Neuralink最新研究成果——脑部被植入芯片的赛博小猪。据马斯克介绍,在此次实验中Neuralink成功地将直径23mm的芯片(LinkV0.9)植入小猪脑部,并且实现了神经信号的读取及写入。

与此同时,马斯克还在发布会上宣布了另一则重磅消息:Neuralink的脑机接口设备已经在7月份获得了FDA(美国食品药品监督管理局)的“突破性设备计划”认证,即将在人类身上进行植入实验。这意味着距离脑机接口在人体上的大规模应用也仅是时间问题。

本次发布会让“脑机接口”一跃成为各界瞩目的焦点。外界纷纷猜测:随着脑机接口技术从研发走向应用,“脑控万物”有望从幻想变为现实。

当前 “脑机接口”技术发展到何种阶段?其应用场景主要覆盖哪些领域?这些应用又将如何影响我们生活的方方面面?以下,enjoy~

解码脑机接口发展路径

以现在人类对脑科学知识的理解,意识的物理本质是“大脑神经元”之间的联系和电化学信号传播。通过监测、识别、改变脑电波,人类就可以对意识进行控制和改造,脑机接口便是这种行为最极致的体现。

脑机接口(BCI,Brain-Computer Interface),又名“大脑端口”或“脑机融合感知”,是指通过在脑部神经与外部机器建立直接连接,实现信息交互的应用。简单来说,就是实现人脑与机器的“直接对话”,马斯克将其形容为“心灵感应”(Telepathic Powers)。

脑机接口的技术核心在于对脑电波的读写。根据资料记载,德国精神科医生汉斯·贝格尔(Hans Berger)于1924年首先发现脑电波,并制作了人类第一张脑电图;直到1973年,美国加州大学洛杉矶分校计算机科学教授雅克•维达尔(Jacques Vidal)首次在学术期刊上提出脑机接口的概念;20世纪90年代,伴随着计算机行业的高速发展,人类已经不满足于将手指作为与手机、电脑进行信息交互的介质。至此,脑机接口作为多个交叉学科最前沿的研究方向之一,迎来了发展机遇。

当前,人类获取脑电波的方式分为侵入式接口与非侵入式接口。侵入式接口技术需要通过手术等方式,直接将电极、芯片、传感器植入到大脑皮层,Neuralink脑机接口公司正是采用了该连接方式;非侵入式方式则无需通过侵入大脑,只需在头皮上部署密密麻麻的电极,便可读取脑电波数据。

原则上,人类通过脑机接口可以实现人机思维互动、防治重大脑疾病、实现类脑智能等多个应用。但目前仍存在“如何实现从大脑中获取正确的信息”、“如何将信息发送到大脑”等急需解决的难题。

尽管技术的成功仍需时间与经验的累积,但在脑机接口技术的背后,人工智能正在扮演着越来越重要的角色。

人脑智能化将成未来方向

当前,以认知仿生驱动的“类脑智能”已经成为人工智能的一个重要分支。类脑智能受脑结构与认知行为机制启发,以计算建模为手段,可通过软硬件协同实现机器智能。机器通过模仿人脑可实现低功耗自主学习,同时具备较强的逻辑分析与认知推理能力。

事实上,如果将人体视为一台电脑,大脑就是运算核心。如果普通电脑可以通过外接设备提高自身性能,人类对大脑的“改良”也同样适用。特别是随着人工智能技术的发展与突破,机器已经在某些方面显示出超越人类的“高智商”。正如马斯克所言: “未来人类智力会被人工智能甩在身后,脑机接口可以让我们跟上AI的脚步。”

值得一提的是,Neuralink的创立正是缘于马斯克担心“人工智能无限度的发展最终将抑制人类自身的智能”。想要完全限制人工智能的发展并不现实,而在人工智能全面超越人类之前,让人类“AI化”几乎成为唯一出路,脑机接口正是解决路径。

鉴于脑机接口技术对社会发展所能够带来的强大的推力,该技术已经成为了全球各国科技竞争的战略高地,包括美国、欧盟、日本、中国在内的多个国家和地区均已经涉足这一领域。

2013年

时任美国总统奥巴马宣布启动“创新性神经技术大脑研究”计划(US BRAIN Initiative),欲通过绘制脑部动态图像的方法来了解大脑对大量信息的记录、处理、应用、存储和检索的过程,帮助研究人员找到治疗甚至防止老年痴呆症、创伤性脑损伤等脑部疾病的新方法。

2013年

欧盟推出了由15个欧洲国家参与、预期10年的“人类脑计划”(HBP)。与美国不同的是,欧洲“人类脑计划”侧重于通过超级计算机技术来模拟脑功能来实现人工智能。在具体做法上,欧盟主要通过实验收集的分子、细胞、解剖学等数据来复制大脑的详细信号,再应用到计算机技术上。

2014年

日本科学家发起了神经科学研究计划(Brain/MINDS)。该计划侧重于医学领域,主要是以狨猴大脑为模型,加快对人类大脑疾病如老年痴呆、精神分裂症的研究。

2015年

中国正式确定了具有“一体两翼”结构的中国脑计划。“一体两翼”以研究脑认知的神经原理为“主体”,研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。与此同时,中国“脑科学和类脑研究”也被列入“十三五”规划纲要中的国家重大科技创新和工程项目。

当前,国内脑机接口技术发展已经取得重大进展,部分行业内企业也开始陆续研发出基于该技术的解决方案。

以国内脑机接口技术公司北京布润科技为例。布润科技是一家专业从事EEG脑电采集、脑电分析、脑电模式识别、脑机接口控制与应用的高科技技术公司。基于EEG脑电图、MEG脑磁等脑成像技术研发和应用,布润科技专注于为脑机接口嵌入、AI等领域提供个性化定制集成系统和解决方案。在优秀团队的共同努力下,其产品硬件与软件技术成熟度均已达到世界领先水平。

成立于2017年的布润科技,在发展初期就受到了投资机构的关注。在2018年,布润科技获得联想控股旗下早期投资机构联想之星的天使轮投资。

脑机接口催生广阔商业前景

事实上,人脑智能化有望催生更多应用场景及技术更迭。从现阶段来看,脑机接口在帮助残疾人康复、老年人护理等医疗领域具有显著的优势,在教育、军事、娱乐、智能家居等方面也具有广阔的应用前景。

今年4月23日,《Cell》(细胞)杂志刊登了一篇来自美国俄亥俄州Battelle研究所与俄亥俄州立大学 Wexner Medical Center、标题为“Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface”的重磅研究论文,该论文介绍了一个通过脑机接口来恢复严重脊髓损伤的患者案例。

这项研究的参与者是28岁的Ian Burkhart。2010年,他在一次潜水时不幸发生意外,并因临床上脊髓严重损伤而导致长期瘫痪。

2014年以来,Burkhart一直与研究人员合作开展一个名为“Neuro Life”的项目,在这项研究中,研究人员在Burkhart皮肤上放置了电极系统,并在他的大脑运动皮层中植入小型记录芯片,这种芯片不仅可以使瘫痪患者恢复正常运动,还可以恢复触觉。

在此次实验中,脑机接口装置利用电线将运动信号从大脑直接传递到肌肉,从而绕开了脊髓的损伤的部分,使Burkhart可以充分控制自己的手臂和手,实现举起咖啡杯、刷信用卡和玩《吉他英雄》等动作。Cell研究显示,与偶然性相比,他们在实验中瘫痪者可成功恢复运动能力,触觉准确率达90%。

当前,脑机接口在医疗领域可以帮助人类实现“强化”和“恢复”人体机能的目的。“强化”路径主要通过将芯片植入大脑,以达到增强记忆、推动人脑和计算设备的直接连接,实现“人类增强”;“恢复”的方向主要针对多动症、中风、癫痫等疾病以及残障人士做对应的恢复训练,采取的主要方式是神经反馈训练。

而在教育、军事、娱乐、智能家居等方面,脑机接口技术的应用空间更为广阔:

教 育

脑机接口技术主要覆盖学生注意力的实时探测和训练,既可以帮助老师及时了解课堂情况来改变教学内容,也能够帮助学生提高注意力。

军 事

脑机接口技术可以帮助人类更好的操控无人机、无人车、机器人等设备,从而代替军人或特殊职业人士从事各种危险的任务,以及在不适宜人工操作的环境中开展任务。

娱 乐

脑机接口技术可与虚拟现实AR/VR技术相结合,无需手柄即可直接通过思维来控制游戏角色,以此来获得更加沉浸式的游戏体验。

智 能 家 居

智能家居是脑机接口技术与IoT(物联网)跨领域结合的一大想象空间。在这一领域,脑机接口扮演的角色类似于“遥控器”,可以帮助人们用意念控制灯光、门窗、家电等物品的开关,以及家庭服务机器人的操控。

据联合市场研究公司(Allied Market Research)调查数据显示,2020年脑机接口的市场规模将达到14.6亿美元。另有研究机构测算,如果将脑机接口技术有可能深度影响的数个科技领域整体来看,市场规模有望在5年内达到数千亿美元。

目前,人类对自身大脑结构与功能的认知正得到快速强化。而随着脑机接口技术的快速发展与完善,现实生活中的诸多应用场景将被彻底颠覆,届时人类社会也将迎来新一轮革新。

参考资料

  • 马斯克展示Neuralink赛博猪,脑机接口在未来怎应用?
  • 解读Neuralink最新脑机接口设备,3年内实现“人机共生”真有可能?
  • 脑机接口不断迎来重大突破,“思想钢印”还会远吗?
  • 脑机接口大突破!Cell 重磅研究:瘫痪者可成功恢复运动能力,触觉准确率达 90%

THE END

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