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【X278】前沿科技之脑机接口 |
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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。 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。 ＋
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发表于 2023-5-24 14:46:27