腦機接口——新時代的到來

作者 | juju俠

專業編輯 | 飛飛魚

文字編輯 | 海綿大寶

排版 | 霧以淚聚

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前言

●7月19日，面對狗狗幣創始人比利·馬庫斯(Billy Marcus)在推特上的提問：“如果你可以將大腦上傳至雲端，並與虛擬版自己交流，你們會成爲朋友嗎？”馬斯克回應稱，“已經做過了。”這句輕描淡寫的回答立刻引發熱議，將馬斯克推上熱搜。同時，資本市場也聞風而起，機器人、人腦工程概念股迅速走強。

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那麼今天我們要爲大家介紹的就是“腦機接口”。

腦機接口的定義：

理解腦機接口的定義，我們首先要分別瞭解“腦”“機”“接口”。

“腦”：有機生命形式的腦或者神經結構（有機生命不單單指人類）
“機”：任何處理或者計算設備
“接口”：用於信息交換的中介物

而腦機接口連起來則是指在人或動物腦（或者腦細胞的培養物）與外部設備間創建的用於信息交換的連接通路。
認識一件事物，勢必要先認識它的發展歷史，所以簡單的介紹完定義後，我們要了解腦機接口的歷史:

·····腦機接口的歷史·····

1929年的某一天，Hans Berger實現了對人腦神經信號的第一次無創記錄。

而我們的腦機接口技術，主要就是採集人腦信號，轉化成機器可以讀懂的語言，最後執行的過程。

因此， Hans Berger的這次無創記錄被廣泛地認爲是腦機接口的神經生理學發端。

而腦機接口（BCI）技術真正形成於20世紀70年代，腦機接口技術是一種涉及神經科學、信號檢測、 信號處理 、模式識別等多學科的交叉技術。

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幾十年來,隨着人們對神經系統功能認識的提高和計算機技術 的發展,BCI技術的研究呈明顯的上升趨勢,特別是 1999 年和 2002 年兩次BCI 國際會議的召開爲BCI 技術的發展指明瞭方向。

（1999年，國際BCI會議對BCI技術進行了定義，即“腦機接口技術是一種不依賴於正常的由外周神經和肌肉組成的輸出通路的通訊系統”，在這個系統中，大腦繞過了周圍神經系統，通過設備與外界溝通。）

而最近的一屆國際BCI會議也就是2021年剛剛結束的第八屆國際BCI會議主要涉及以下主題：

BCI植入物：目前分爲兩種形式，一種是之前比較火的馬斯克和他的公司Neuralink（後面簡寫N），N公司的植入方法主要是通過侵入性腦部手術，而且目前是針對靈長類動物進行實驗，而7.22一家業內公司 Synchron（後面簡稱S）異軍突起，S和N的區分開來的獨特之處之一是它通過使用血管內植入物將其芯片安裝到受試者體內。而S公司的植入物初步程序已經在患者身體中穩定運行，有待後續結果。

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BCI非侵入性：非侵入性的腦機接口相比於半侵入式和侵入式，不需要向人腦內進行植入電極的手術，實驗開展的也比較早，而早在2019年卡內基梅隆大學與明尼蘇達大學的研究人員在非侵入式機器人設備控制領域取得了突破性的進展——使用非侵入式腦機接口（BCI），開發了有史以來第一個能用意念控制連續追蹤電腦光標的機械臂。

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那麼瞭解完腦機接口的歷史，我們不難發現它有用意念控制的肢體的醫藥學運用等諸多運用，因此下面介紹腦機接口的作用：

·····腦機接口的作用·····

腦-機接口是在人腦與計算機或其它電子設備之間建立的直接的交流和控制通道,通過這種通道,人就可以直接通過腦來表達想法或操縱設備,而不需要語言或動作,這可以有效增強身體嚴重殘疾的患者與外界交流或控制外部環境的能力,以提高患者的生活質量。

當然以上的只是一些常規的想法，許多新技術的誕生都伴隨這千奇百怪的使用方法，我們大可以天馬行空一下，諸如意識上傳以求獲得永生；或者通過對接大腦特定部位的接口刺激大腦的運轉，讓我們成爲“超人”等等。

BCI（腦機接口技術）技術的潛在應用與產業化現狀

潛在應用分類爲醫學類與非醫學類：

· 醫學類  

· 非醫學類   

目前，BCI技術還存在一個巨大瓶頸——採集腦信號的傳感器問題，目前的技術與算法無法做到在干擾情況下做到清晰的信號採集（侵入式風險太高），同時信號反饋到大腦也是問題。

而BCI技術產業化的幾個關鍵點（一些規範化問題的省略了），突破目前的技術瓶頸問題和成本的控制問題。

當然如果能夠快速攻克技術瓶頸，這項技術的商業前景將一片大好。

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那麼用處那麼大的腦接機口，這項技術實現的過程是怎樣的呢？

·····腦機接口的實現過程·····

一、從有機生命的腦或者神經結構處接受信號（如EEG腦電波）

二、收集好了足夠多的信息後，就要進行信號的解碼和再編碼以處理干擾。腦電信號採集過程中的干擾有很多，如工頻干擾、眼動僞跡、環境中的其他電磁干擾等。

當然中國也在致力於研究腦機接口，尤其在最近的一些競賽上也在研究避免環境干擾的算法。

三、將編碼形式轉化爲機械行爲（如將編碼轉換成對機械手臂發出舉起東西的指令）

四、腦機接口通過多模態感知的混合分析，將感知傳回給大腦

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爲了實現腦機接口實現過程的第一步，我們一般需要嵌入一個接機口，而目前腦接機口的嵌入有以下形式：

·····腦機接口的嵌入形式·····

一、非侵入式

通過設備依附在頭皮上感知EEG腦電波信號。

優點是安裝費用便宜，危險程度低。

缺點是由於顱骨對於信號的衰減作用，接收到的信號比較模糊。

二、侵入式

直接通過手術將電極植入大腦皮層。

優點是信號接收清晰。

缺點是手術危險程度極高，可能有異物排斥，而且費用昂貴。

三、半侵入式

植入顱骨內，但在大腦皮層之外。

優點是信號清晰且手術風險大大降低。

缺點是信號沒有侵入式清晰，也有一定的手術風險。

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和其它先進的機器人技術一樣，腦機接口也面臨着倫理問題，而腦機接口的倫理問題則是：

當人們接入了腦機接口，甚至更高級的腦機融合，那麼就會迎來人與機器邊界模糊的問題，我們將無法判斷你做出的決定究竟是你人類個體所完成，還是機器所下達的。未來，我們面對的到底是永生的可能還是機器人對人類的全面取代。未來等待我們去探索。

所引用論文：

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

2.《腦機接口技術的應用、產業轉化和商業價值 》

3. 知乎某些文章

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·····關於腦機接口的主觀看法·····

以下爲我的個人主觀看法。

腦機接口這項技術，其實一開始我對它是無感的。真正激發起我興趣的是腦機接口這項技術的前景，或許我們可以利用這項技術達到上傳意識，成爲永生的意識體，或者利用腦機接口刺激自己的大腦成爲超體中主角那樣完全激發大腦的“超人”。這纔是我關心於這項技術的原因與契機。

其實，以前每到夜深的時刻，我就會想未來是怎麼樣的，浩瀚的星空背後是什麼，我們能否見證宇宙的起源，崩塌，毀滅，我們能否在浩瀚的星河中暢遊，但是與這無垠的宇宙相比，我們人類顯得多麼渺小，而我們距離其他星系光年計的單位來看，我們區區幾十年的光陰，還擁有這些不切實際的夢想，顯得多麼可笑。於是我爲自己的渺小和無能感到悲傷。

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還記得，小時候和奶奶睡在一起的時候，我總是對死亡感到恐懼，它會剝奪我們的意識，我們的親人，我們的愛人，我們的一切，而現在腦機接口技術的出現，讓我看到了更多的可能性，因此希望腦機接口技術早日成熟。

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