脑机接口如何“读懂”你的心？

时间: 2024-03-17 16:16:33 |   作者: 新闻动态

  今年年初，两则新闻引爆了网络。一是马斯克宣布完成了首次脑机接口人体实验，患者恢复良好。紧接着，清华大学也公布了自己的研究成果——通过植入脑机接口，让两位高位截瘫患者分别实现了用意念控制电脑光标、用意念控制手套喝水。

  仿佛乘上了时间加速器，在许多人都还说不清楚脑机接口到底是什么的时候，那些电影中才有的景象竟已经近在咫尺。

  对于企业家而言，一个新的行业赛道、新的投资风口敞开了；但对普通人来说，更基础的问题或许是，脑机接口是什么？现实和科幻作品有啥不一样的区别？从科幻走向现实后，脑机接口打开的究竟是潘多拉的魔盒，还是通天大道？

  往身边人的大脑里一根芯片，他就能够最终靠意念控制电脑，听起来很不可思议。但如果把这个人的身份换成星际电影里的超级战士，别说控制电脑鼠标了，就是控制机甲和其他人类，大家也已经司空见惯。

  事实上，大多数人对于脑机接口的认知还停留在科幻层面，听说这项技术变成现实的惊讶程度，恐怕不亚于在路上看到外星人对你 say “hi”。

  科幻作品中的脑机接口近乎无所不能——小到连接义肢、开动机甲，大到读取记忆、操纵心灵，甚至复活逝者，实现数字永生。

  一言以蔽之，基础款至少也能让人过把高达瘾，进阶版直接迈向虚拟现实纪元，帮助全人类实现赛博飞升，难怪被默认是个超现实的东西。

  不过，回归现实，如果说科幻作品里的脑机接口是马拉松难度，那么现实的脑机顶多还在蹒跚学步，许多人连身边啥东西算脑机接口、到底是什么原理都说不清楚。

  举一个简单的例子，去医院体检时常看到的脑电图设备，已能算作脑机接口的雏形。 [1]

  理解了脑电图的原理，就能明白脑机接口的关键机制：大脑活动会产生电信号，通过在人身上安放电极，可以在人脑和计算机之间建立联系以采集这种信号。

  当然，光能收集信号肯定不够，脑机接口更重要的使命是要促成大脑和机器之间的交流。[2] 具体地说，要在获取、整理、解码脑信号的基础上，将大脑思维转化为计算机能够识别的信号，或者将计算机信号转化为大脑能够理解的指令。实现了相互理解后，更进一步走向大脑与机器之间的相互控制。

  弄清楚了基础原理，现在开始实操。第一个问题是——怎么在两者之间建立联系？

  科幻电影中常出现的媒介包括但不限于感应舱、头盔、脑后插管、电子芯片，现实使用的设备没那么高端，但思路差不多。

  一类是要给大脑开个口子，将检测设备放进去；还有一类只需要贴在头皮外面就能运作。据此延伸出了脑机接口最基本的分类标准，前者叫侵入式接口，后者叫非侵入式接口。部分脑机接口项目还做了更具体的划分，将深入颅骨，但没到大脑皮层的称为半侵入式接口。[3]

  由于颅骨对神经信号的传导有衰减作用[4]，相较而言，侵入式接口获得的信号质量更高，但因为涉及开颅手术，风险也更高，简单理解的话，把检测设备植入大脑这件事而言，难度差不多等于把一根针立在豆腐上[5]，后续还可能会导致人体的排异反应，所以当前已落地的脑机接口应用，大都还是非侵入式的。

  然而，无论是哪种接口，就当前的技术水平来看，大多还在处理“从脑到机”方向最基础的输出和控制问题[6]，距离科幻小说里戴个头盔或装个脑后插管就可以把意识上传到虚拟世界的程度，还有非常长的路要走。

  人的大脑是一台极其复杂的机器，大脑皮层中有超过800亿个神经元，每秒可处理的信息大约为1亿比特[7]，相当于600多万汉字。而脑机接口涉及的问题，如在大脑的什么部位收集信号、怎么样才能做到低时耗甚至无时耗地传递海量信息、信号采集后又如何解读等——都建立在对大脑机制进一步探索的基础上，要精准构想并实现以上环节的难度可想而知。

  因此，尽管任何人都能从宏观上设想脑机接口的应用，当下我们尚未能够从微观上具象化脑机接口的技术操作细节，如果说科幻电影中关于脑机接口的想象是一座瑰丽宏伟的大厦，真实的生活中对其的探索还只处于打地基阶段。

  1973年，“脑机接口”概念被正式提出[8]，随后是近20年的理论萌芽和科学论证阶段，这一概念慢慢的变成为学界共识。研究者们研发出“P300拼写器”、基于运动想象的脑机接口等技术应用模型，初步打通了人与环境交互所必须依赖的身体壁垒。

  2000年以来，脑机接口领域迎来技术爆发期。一方面，早期的技术模型进入临床应用阶段，为个别运动障碍患者带来了自主行动的可能性；另一方面，研究人员也在一直更新迭代脑机接口范式。

  有了上述两个阶段的铺垫，近四、五年来，国内外涌现出一批脑机接口初创企业，其研究成果使得人与机器的交互性能得到很大提升，可感“触觉”的机器人假肢、全球首例人体脑机接口芯片植入手术等均使这一领域吸引了更多关注。

  站在脑机接口技术的最前沿，当下应用可分为从脑到机的输出型和从机到脑的输入型。

  以近期热度较高的清华团队成果为例，脊髓损伤患者利用脑机接口控制机械臂实现自主喝水是典型的输出案例。在这一过程中，患者通过脑机接口，将运动脑区的神经信号传递给外界的电脑或手机，经解码算法破译后，对气动手套进行控制。

  脑机设备还可以反向刺激脑内神经活动。比如，用脑机接口治疗抑郁症的患者在接入神经调控装置后，可通过电脑或手机远程控制刺激信息的输入，一键调整脑波节律，从而切换到平静、快乐的情绪状态。

  当然，对比上述案例，科幻作品对于脑机接口的想象已经一骑绝尘而去，马拉松和蹒跚学步的比喻令人沮丧，但或许，这已经是这一技术在现实世界“一路狂飙”后实现的最好结果。

  面向未来，脑机接口领域是一片值得开发的蓝海市场，投资者们用大笔的资金注入表达了对这一市场的信心。

  创业邦《2023中国脑机接口行业研究报告》的多个方面数据显示，2020年8月到2023年8月，即使是在疫情冲击、保守主义盛行的投资市场中，脑机接口也获得了不菲的融资额，有必要注意一下的是，医疗机器人、BCI芯片、电源和分析软件这四个细致划分领域虽融资事件不多，但单笔投资数额大，总融资处于有利位置。

  从长期趋势来看，2014年以来中国脑机接口行业的一级市场投融资趋势呈明显的上升态势，尤其是近五年来，一些名人名企的入局使得脑机接口从实验室一步步被推向了公众视野。例如，Facebook曾计划以约 10 亿美元收购脑机接口创企 CTRL-Labs，马斯克创办脑机接口企业Neuralink等。

  “（未来人类）只需要思考，就能控制手机或电脑，并通过它们控制几乎任何设备。想象一下，如果霍金能比一位快速打字员或拍卖员更快地交流，这就是我们的目标。”[9]马斯克如是设想。

  跳出投资的人对脑机接口乐观的展望，也有许多人对脑机持保留态度。科技与人的拉扯，就像叶公与龙，恐惧与期待共存在无数个可能改变人类的瞬间。

  就像我们当下会问：互联网会加剧社会不平等吗？大数据技术会侵犯隐私吗？ChatGPT会让我失业吗？同样的问题也指向脑机接口，脑机接口会加剧社会不平等吗？会侵犯隐私吗？会让我失业吗？

  每个悬而未决的困惑拷问的都是人类本身——该怎么样对待技术、对待他人？如何定位人类、定位自己？

  清华大学美术学院的研三学生张昊天正在参与一项脑机研究项目，名为“想象力控制器”，希望脑机探索艺术和科技融合的可能性。

  在他看来，“关键不在于机器会不会取代人类，或者人类会以什么样的形式存在。人们之所以是人，之所以发展科技，主要是因为我们有独立的意识，有更高维的意志。正是因我们有这样的能力，才可以去进行对未来的想象。”

  [3] 葛松,徐晶晶,赖舜男,杨娜娜,林衍旎 & 许胜勇. (2020). 脑机接口：现状，问题与展望. 生物化学与生物物理进展(12),1227-1249.

  [9] 氨基观察. (2024). 马斯克的野心，脑机接口“奇点临近”？

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