脑机接口——新时代的到来

作者 | juju侠

专业编辑 | 飞飞鱼

文字编辑 | 海绵大宝

排版 | 雾以泪聚

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前言

●7月19日，面对狗狗币创始人比利·马库斯(Billy Marcus)在推特上的提问：“如果你可以将大脑上传至云端，并与虚拟版自己交流，你们会成为朋友吗？”马斯克回应称，“已经做过了。”这句轻描淡写的回答立刻引发热议，将马斯克推上热搜。同时，资本市场也闻风而起，机器人、人脑工程概念股迅速走强。

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那么今天我们要为大家介绍的就是“脑机接口”。

脑机接口的定义：

理解脑机接口的定义，我们首先要分别了解“脑”“机”“接口”。

“脑”：有机生命形式的脑或者神经结构（有机生命不单单指人类）
“机”：任何处理或者计算设备
“接口”：用于信息交换的中介物

而脑机接口连起来则是指在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间创建的用于信息交换的连接通路。
认识一件事物，势必要先认识它的发展历史，所以简单的介绍完定义后，我们要了解脑机接口的历史:

·····脑机接口的历史·····

1929年的某一天，Hans Berger实现了对人脑神经信号的第一次无创记录。

而我们的脑机接口技术，主要就是采集人脑信号，转化成机器可以读懂的语言，最后执行的过程。

因此， Hans Berger的这次无创记录被广泛地认为是脑机接口的神经生理学发端。

而脑机接口（BCI）技术真正形成于20世纪70年代，脑机接口技术是一种涉及神经科学、信号检测、 信号处理 、模式识别等多学科的交叉技术。

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几十年来,随着人们对神经系统功能认识的提高和计算机技术 的发展,BCI技术的研究呈明显的上升趋势,特别是 1999 年和 2002 年两次BCI 国际会议的召开为BCI 技术的发展指明了方向。

（1999年，国际BCI会议对BCI技术进行了定义，即“脑机接口技术是一种不依赖于正常的由外周神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统”，在这个系统中，大脑绕过了周围神经系统，通过设备与外界沟通。）

而最近的一届国际BCI会议也就是2021年刚刚结束的第八届国际BCI会议主要涉及以下主题：

BCI植入物：目前分为两种形式，一种是之前比较火的马斯克和他的公司Neuralink（后面简写N），N公司的植入方法主要是通过侵入性脑部手术，而且目前是针对灵长类动物进行实验，而7.22一家业内公司 Synchron（后面简称S）异军突起，S和N的区分开来的独特之处之一是它通过使用血管内植入物将其芯片安装到受试者体内。而S公司的植入物初步程序已经在患者身体中稳定运行，有待后续结果。

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BCI非侵入性：非侵入性的脑机接口相比于半侵入式和侵入式，不需要向人脑内进行植入电极的手术，实验开展的也比较早，而早在2019年卡内基梅隆大学与明尼苏达大学的研究人员在非侵入式机器人设备控制领域取得了突破性的进展——使用非侵入式脑机接口（BCI），开发了有史以来第一个能用意念控制连续追踪电脑光标的机械臂。

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那么了解完脑机接口的历史，我们不难发现它有用意念控制的肢体的医药学运用等诸多运用，因此下面介绍脑机接口的作用：

·····脑机接口的作用·····

脑-机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道,通过这种通道,人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备,而不需要语言或动作,这可以有效增强身体严重残疾的患者与外界交流或控制外部环境的能力,以提高患者的生活质量。

当然以上的只是一些常规的想法，许多新技术的诞生都伴随这千奇百怪的使用方法，我们大可以天马行空一下，诸如意识上传以求获得永生；或者通过对接大脑特定部位的接口刺激大脑的运转，让我们成为“超人”等等。

BCI（脑机接口技术）技术的潜在应用与产业化现状

潜在应用分类为医学类与非医学类：

· 医学类  

· 非医学类   

目前，BCI技术还存在一个巨大瓶颈——采集脑信号的传感器问题，目前的技术与算法无法做到在干扰情况下做到清晰的信号采集（侵入式风险太高），同时信号反馈到大脑也是问题。

而BCI技术产业化的几个关键点（一些规范化问题的省略了），突破目前的技术瓶颈问题和成本的控制问题。

当然如果能够快速攻克技术瓶颈，这项技术的商业前景将一片大好。

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那么用处那么大的脑接机口，这项技术实现的过程是怎样的呢？

·····脑机接口的实现过程·····

一、从有机生命的脑或者神经结构处接受信号（如EEG脑电波）

二、收集好了足够多的信息后，就要进行信号的解码和再编码以处理干扰。脑电信号采集过程中的干扰有很多，如工频干扰、眼动伪迹、环境中的其他电磁干扰等。

当然中国也在致力于研究脑机接口，尤其在最近的一些竞赛上也在研究避免环境干扰的算法。

三、将编码形式转化为机械行为（如将编码转换成对机械手臂发出举起东西的指令）

四、脑机接口通过多模态感知的混合分析，将感知传回给大脑

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为了实现脑机接口实现过程的第一步，我们一般需要嵌入一个接机口，而目前脑接机口的嵌入有以下形式：

·····脑机接口的嵌入形式·····

一、非侵入式

通过设备依附在头皮上感知EEG脑电波信号。

优点是安装费用便宜，危险程度低。

缺点是由于颅骨对于信号的衰减作用，接收到的信号比较模糊。

二、侵入式

直接通过手术将电极植入大脑皮层。

优点是信号接收清晰。

缺点是手术危险程度极高，可能有异物排斥，而且费用昂贵。

三、半侵入式

植入颅骨内，但在大脑皮层之外。

优点是信号清晰且手术风险大大降低。

缺点是信号没有侵入式清晰，也有一定的手术风险。

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和其它先进的机器人技术一样，脑机接口也面临着伦理问题，而脑机接口的伦理问题则是：

当人们接入了脑机接口，甚至更高级的脑机融合，那么就会迎来人与机器边界模糊的问题，我们将无法判断你做出的决定究竟是你人类个体所完成，还是机器所下达的。未来，我们面对的到底是永生的可能还是机器人对人类的全面取代。未来等待我们去探索。

所引用论文：

1.《Promoting brain–computer interface in China by BCI Controlled Robot Contest in World Robot Contest 》

2.《脑机接口技术的应用、产业转化和商业价值 》

3. 知乎某些文章

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·····关于脑机接口的主观看法·····

以下为我的个人主观看法。

脑机接口这项技术，其实一开始我对它是无感的。真正激发起我兴趣的是脑机接口这项技术的前景，或许我们可以利用这项技术达到上传意识，成为永生的意识体，或者利用脑机接口刺激自己的大脑成为超体中主角那样完全激发大脑的“超人”。这才是我关心于这项技术的原因与契机。

其实，以前每到夜深的时刻，我就会想未来是怎么样的，浩瀚的星空背后是什么，我们能否见证宇宙的起源，崩塌，毁灭，我们能否在浩瀚的星河中畅游，但是与这无垠的宇宙相比，我们人类显得多么渺小，而我们距离其他星系光年计的单位来看，我们区区几十年的光阴，还拥有这些不切实际的梦想，显得多么可笑。于是我为自己的渺小和无能感到悲伤。

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还记得，小时候和奶奶睡在一起的时候，我总是对死亡感到恐惧，它会剥夺我们的意识，我们的亲人，我们的爱人，我们的一切，而现在脑机接口技术的出现，让我看到了更多的可能性，因此希望脑机接口技术早日成熟。

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