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      腦機(jī)接口“接入”未來

      2024-12-18 00:00:00盧娜
      東方企業(yè)家 2024年12期

      《黑客帝國》中,基努·里維斯將“武功秘籍”上傳大腦,秒變功夫高手;《盜夢空間》中,萊昂納多·迪卡普里奧通過腦機(jī)接口設(shè)備潛入他人夢境中的潛意識;《流浪地球2》中科學(xué)家進(jìn)行數(shù)字生命實驗,通過連接大腦的電極片,將思維意識上傳到計算機(jī),從而讓人永生;《阿凡達(dá)》中,人類以腦機(jī)接口技術(shù)實現(xiàn)意識向人形機(jī)器人的轉(zhuǎn)移,獲得在異星自由活動的權(quán)利;《明日邊緣》中湯姆·克魯斯則依靠腦機(jī)接口操控外骨骼戰(zhàn)斗……這些雖然是科幻電影的橋段,但在現(xiàn)實中,人與計算機(jī)的互連對接已經(jīng)成為可能,腦機(jī)接口正在逐漸走進(jìn)日常生活,把我們“接入”未來。

      腦機(jī)接口究竟是什么?

      十四年前,一場車禍令老楊頸椎處脊髓完全性損傷,ASIA評分為A級。這是脊髓損傷最嚴(yán)重的一級,意味著損傷部位以下的運動和感覺功能完全喪失。

      脊髓就像意志與感覺的主干道,連接著大腦與軀干。這條通路的損毀,意味著大腦與軀干的“失聯(lián)”,感覺無法傳入大腦,想法也無法從大腦的“司令部”下達(dá)給肢體。對老楊來說,即便是想要喝水這樣簡單的需求,也只無法靠自己實現(xiàn)。

      但在清華大學(xué)及首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院的腦機(jī)接口技術(shù)幫助下,十四年后,老楊終于憑借一支連接了他本人腦電波信號的氣動手套,再度抓握住一瓶水,并送到了自己的嘴邊。由此,他又產(chǎn)生了新的憧憬:未來,能自己親手點燃香煙——過去的十四年里,如果他煙癮犯了,妻子會替他點燃一支,然后放進(jìn)他的嘴里。

      在全球范圍內(nèi),近幾年來,“腦機(jī)接口”這個名詞因美國企業(yè)家馬斯克的高調(diào)參與,在公眾面前混了個眼熟。2024年也是人類大腦電波被發(fā)現(xiàn)100周年,在這個頗有意味的時間點,以腦電波信號為基礎(chǔ)的腦機(jī)接口技術(shù)在國內(nèi)外的不少臨床試驗中迎來了突破性的

      進(jìn)展——

      1月30日,清華大學(xué)宣布,其使用博??档膰a(chǎn)腦機(jī)接口產(chǎn)品NEO與首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院合作,成功完成了全球首例無線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(即前文提到的老楊);5月4日,由南開大學(xué)段峰教授團(tuán)隊牽頭的全球首例非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口試驗在北京取得成功;5月25日,馬斯克參與創(chuàng)辦的腦機(jī)接口企業(yè)“神經(jīng)連接”公司宣布已獲美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)開展人體試驗;11月,上海首例腦機(jī)接口臨床試驗植入手術(shù)在華山醫(yī)院完成……

      隨著科技的飛速發(fā)展,腦機(jī)接口已被視為下一個生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的主戰(zhàn)場,將那些科幻片中的大膽設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。

      2024年9月,上海2024外灘大會上,BrainCo智能仿生手展示腦機(jī)接口技術(shù)與人工智能算法如何幫助殘疾人 圖/視覺中國
      2020年8月,埃隆 · 馬斯克(Elon Musk)展示了其旗下公司 Neuralink 腦機(jī)接口技術(shù)的實際應(yīng)用過程 圖/視覺中國

      那么腦機(jī)接口到底是什么?

      通常來說,它指的是一種在大腦與外部設(shè)備間創(chuàng)建全新信息交換通路。一方面它可將大腦信號轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識別的信號,實現(xiàn)對機(jī)器的有效控制;另一方面,它也能把外部設(shè)備信號轉(zhuǎn)化為大腦可識別信號,從外部對大腦進(jìn)行直接干預(yù)。

      南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授段峰認(rèn)為,腦機(jī)接口的發(fā)展可以目前分為學(xué)術(shù)探索、科學(xué)論證、推廣期這三個階段。他介紹說:“從最開始即腦電波、α波和β波被發(fā)現(xiàn)的1924年,到1970年之前,是學(xué)術(shù)探索階段;1970年到2000年左右是科學(xué)論證階段,業(yè)界開始出現(xiàn)各種腦機(jī)接口系統(tǒng);2000年以后尤其是2014年世界杯上人通過控制機(jī)械外骨骼開球,到了應(yīng)用推廣的階段。”因此,腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展可以說是一個不斷從科幻走向現(xiàn)實、從動物實驗走向人體實驗、從實驗室走向臨床和家用、從醫(yī)療領(lǐng)域走向其他領(lǐng)域的過程。

      2024年11月12日,博??滇t(yī)療科技(上海)有限公司與清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系洪波教授團(tuán)隊合作研發(fā)的腦機(jī)接口產(chǎn)品NEO在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院完成了全國第三例上海第一例臨床試驗植入手術(shù) 圖/視覺中國

      三條技術(shù)路徑

      老楊是在2023年10月24日接受的手術(shù)。在手術(shù)臺上,他的顱骨被鑿開一個小孔,置入了兩枚硬幣大小的腦機(jī)接口處理器。手術(shù)后10天,老楊出院回家。居家使用時,體外機(jī)隔著頭皮給體內(nèi)機(jī)供電,并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號,傳送到電腦或者手機(jī)上,實現(xiàn)腦機(jī)接口通信。

      老楊的整個手術(shù)過程經(jīng)歷了比普通手術(shù)復(fù)雜得多的設(shè)計與環(huán)節(jié)。2023年4月,這項無線微創(chuàng)腦機(jī)接口的臨床試驗在宣武醫(yī)院進(jìn)行倫理審查。審查的核心在于權(quán)衡受試者的獲益與風(fēng)險。

      規(guī)避風(fēng)險是手術(shù)設(shè)計時參與者考慮的首要問題——人腦有著層層包裹疊加的解剖結(jié)構(gòu)。從頭皮往下,分別要透過顱骨、硬腦膜、蛛網(wǎng)膜、軟腦膜等組織,才會抵達(dá)腦組織。而若是想要更好地捕捉腦電波信號,或者給予更精準(zhǔn)、更有針對性的信息反饋,那處理器就需貼近腦組織。然而,即便將開顱手術(shù)自身的風(fēng)險放到一邊不談,大腦本身也可能因處理器的植入而受到損傷。

      因此,放眼全球,不同的公司在設(shè)計處理器放置位置時有各自的考量,也由此產(chǎn)生了各類不同的產(chǎn)品。

      在第4屆亞洲殘疾人運動會開幕儀式上,中國代表團(tuán)游泳隊的徐佳玲穿戴智能仿生手,用意識操控仿生手點燃火炬,圖為訓(xùn)練中的徐佳玲 圖/視覺中國

      據(jù)了解,目前,根據(jù)接口方式不同,腦機(jī)接口的技術(shù)路徑分為侵入式、半侵入式和非侵入式,而老楊最終采用的是侵入式。

      顧名思義,三者間的差異主要在于接口(即電極片與處理器)所處的腦部位置。

      侵入式腦機(jī)接口需要通過神經(jīng)外科手術(shù)將設(shè)備直接植入大腦組織中。這使得它們能夠捕捉到最高質(zhì)量的信號,從而實現(xiàn)更精細(xì)的控制。然而,這種類型的接口風(fēng)險最高,包括感染、排異反應(yīng)以及潛在的神經(jīng)損傷等問題。通過手術(shù)將電極植入大腦皮層,以獲取更加精確和高分辨率的大腦信號,但這種接口類型手術(shù)風(fēng)險也較大,目前通常用于神經(jīng)科學(xué)研究或臨床試驗中。

      半侵入式腦機(jī)接口介于非侵入式和侵入式之間,通常將設(shè)備植入到頭骨下方,但不進(jìn)入大腦組織。這樣的位置可以讓設(shè)備更接近大腦,從而捕捉到更清晰的信號,同時減少了一些與完全植入相關(guān)的風(fēng)險。

      非侵入式腦機(jī)接口又叫腦外接口,這類接口在操作時不需要進(jìn)入大腦組織。它們通過使用電極帽或其他外部設(shè)備來捕捉大腦表面的電信號,如電腦圖(EEG)。這種方法風(fēng)險較低,但由于信號較弱,所以只適用于一些比較基礎(chǔ)的應(yīng)用,比如注意力方面的應(yīng)用。

      腦機(jī)接口能成為調(diào)控人類情緒的開關(guān) 圖/視覺中國

      能治愈肢體,也能治愈情緒

      三種不同的接口方式,賦予了腦機(jī)接口技術(shù)廣闊的應(yīng)用場景。

      在醫(yī)療領(lǐng)域,清華大學(xué)、華山醫(yī)院等在以腦機(jī)接口技術(shù)讓截癱病人“動”起來上跨出關(guān)鍵一步,而除了這些可見的肢體“治愈”之外,該技術(shù)也正被引入對抑郁、自閉、睡眠障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診治。

      2020年,上海瑞金醫(yī)院功能神經(jīng)外科中心主任孫伯民啟動了一項名為“腦機(jī)接口治療難治性抑郁癥”的臨床研究,無數(shù)篇有關(guān)“情緒開關(guān)”“一按就快樂了”的報道讓研究迅速走紅。難治性抑郁,在抑郁癥患者中占約30%,它通常指使用兩種以上抗抑郁藥物,接受足量、足療程治療后仍未緩解的情況。而腦機(jī)接口研究的進(jìn)步,能大大提高許多疑難神經(jīng)、精神疾病如帕金森病、肌張力障礙、強(qiáng)迫癥、抑郁癥、精神分裂癥以及酒精依賴等的研究和診療水平。

      事實上,“情緒開關(guān)”背后的科學(xué)原理并不是那么不可思議。

      據(jù)孫伯民醫(yī)生介紹,人的大腦有很多神經(jīng)環(huán)路,其中一些被證實與情緒、情感、行為活動相關(guān)。通過手術(shù),醫(yī)生將兩個電極植入大腦相應(yīng)神經(jīng)環(huán)路,并在胸腔右側(cè)埋入起搏器,術(shù)后,醫(yī)生用設(shè)備遠(yuǎn)程操控電極釋放電流,刺激神經(jīng)核團(tuán),調(diào)控因病變而紊亂的大腦神經(jīng)環(huán)路,從而改善抑郁癥狀。通過帶有腦機(jī)接口功能的起搏器,記錄電生理信號,經(jīng)過人工智能分析,成為醫(yī)生研究抑郁癥發(fā)病機(jī)制和調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)的依據(jù)。

      瑞金醫(yī)院治療難治性抑郁癥的腦機(jī)接口設(shè)備模擬圖
      圖/瑞金醫(yī)院微信公眾號

      “在未來,腦機(jī)接口將不僅僅是一種治療方案,它會重塑人類看待情緒和情緒病的方式?!彼@樣說。

      除了這種侵入式的治療方式之外,使用非侵入設(shè)備同樣也對情緒病治療有效果,易昊翔和他的回車科技亦是這條前沿探索之路上的一分子。

      回車科技成立于2014年4月,總部位于杭州,是一家專注于非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的公司,擁有70多項專利,同時也是目前國內(nèi)唯一實現(xiàn)腦機(jī)接口產(chǎn)品硬件、軟件和算法全流程國產(chǎn)化的企業(yè)。

      在浙大求學(xué)期間,學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)工程的易昊翔對把腦科學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合的學(xué)科融合產(chǎn)生了濃厚的興趣,因而,回車科技可以說是一家從浙大的實驗室里孵化出來的企業(yè)。

      作為回車科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官,易昊翔像所有前沿科技創(chuàng)業(yè)者一樣,懷揣這以技術(shù)造福人類的美好愿景,“我們希望正在落地的數(shù)字療法,最終能通過技術(shù)創(chuàng)新去造福整個社會”。

      2023年,回車科技的“多模態(tài)生物反饋VR一體機(jī)”拿到了治療失眠癥的醫(yī)療許可證。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中國患有焦慮障礙的人群超過1億人,面對這些精神障礙患者,常規(guī)診斷方式往往是依據(jù)患者自主填寫的量表,但這存在誤診率和漏診率高以及嚴(yán)重依賴醫(yī)生經(jīng)驗等問題。在治療方面,患者大多通過醫(yī)生一對一的心理咨詢或藥物進(jìn)行治療,存在費用負(fù)擔(dān)高、藥物副作用和長療程等問題。但若是使用多模態(tài)生物反饋VR一體機(jī),卻能為患者省下大概一半的費用。

      易昊翔向筆者介紹了這臺儀器的用法:當(dāng)患者佩戴該設(shè)備問診時,醫(yī)生能通過多態(tài)生物反饋VR一體機(jī)觀察到其腦電波的波動情況,以判斷這名患者的精神狀態(tài)。當(dāng)開始治療時,這款一體機(jī)便會播放認(rèn)知行為療法、呼吸訓(xùn)練、催眠音樂等相關(guān)內(nèi)容。然后機(jī)器會監(jiān)測患者的腦電波,并對其進(jìn)行分析。這個過程中,醫(yī)生可通過屏幕實時看到病人注意力、放松程度、壓力水平、愉悅度等9個指標(biāo)狀態(tài)的數(shù)值變化。而在診療結(jié)束后,監(jiān)測儀器會導(dǎo)出該病人的數(shù)據(jù),并自動生成一份分析報告,這份報告可以輔助醫(yī)生制訂適合該患者的下一步治療方案。而且,臨床數(shù)據(jù)顯示,在抑郁癥和強(qiáng)迫癥治療上,目前患者分別采用數(shù)字療法與藥物治療,兩者的治療效果相差無幾。

      在電影《流浪地球》系列中,外骨骼是常見裝備 圖/《流浪地球》系列劇照

      他表示,公司目前的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于教育、睡眠、心理健康、軍事訓(xùn)練、安全生產(chǎn)和玩具娛樂等多個領(lǐng)域。其核心產(chǎn)品“情感云”計算平臺能通過可穿戴式的智能硬件(如頭環(huán)、虛擬現(xiàn)實設(shè)備等),匯集起大量數(shù)據(jù)并優(yōu)化算法,促進(jìn)整個行業(yè)的產(chǎn)品迭代。這就好像是特斯拉的自動駕駛系統(tǒng),依賴全球數(shù)百萬輛車積累下來的真實數(shù)據(jù)和多樣化的駕駛場景,包括復(fù)雜的道路和氣候條件等,幫助其自動駕駛技術(shù)不斷優(yōu)化算法。

      “讓健康人變成超人”

      在易昊翔看來,讓病人變成健康人,這只是腦機(jī)接口技術(shù)改變生活的第一步,在走出這第一步之后,它還將實現(xiàn)第二步——讓健康人變成“超人”。

      在電影《流浪地球》系列中,觀眾已經(jīng)在不知不覺中,近距離接觸了一種能讓健康人變成“超人”的腦機(jī)接口設(shè)備——人體外骨骼。

      “外骨骼”一詞最初來源于生物學(xué),g7//ng3DcZopvteeMX596ailUmHQApjyfLIMGBU64As=指的是昆蟲、甲殼類動物的身體外部具有的堅硬支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)為動物提供保護(hù)和支撐,人體外骨骼的設(shè)計靈感部分來自于此。

      2024年6月,北京,8名救援人員穿戴“有源負(fù)重助行外骨骼”進(jìn)行搬運工作 圖/視覺中國

      在電影中,無論是建筑施工的工人,還是搬運裝備的勤務(wù)人員,再或者執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)的軍事人員,外骨骼都是不可或缺的裝備。這類設(shè)備可以通過捕捉肌電流和腦電波,幫助人類獲得“超人”的力量或運動能力。比如一個人本來能負(fù)重50千克,但在外骨骼的幫助下,他也許可以輕松負(fù)重上百千克。

      事實上,外骨骼并不是科幻電影的專屬,在現(xiàn)實中,它已經(jīng)運用在軍事、搶險救災(zāi),以及工業(yè)生產(chǎn)活動中。人和外骨骼的結(jié)合,一方面讓人彌補(bǔ)了體能、耐力上的弱點,一方面又讓機(jī)器變得更加智能靈活,達(dá)到了取長補(bǔ)短的效果??梢姡X機(jī)接口技術(shù)作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表性領(lǐng)域之一,正在逐步重塑社會生活方式。

      北京鐵甲鋼拳科技有限公司便自主研發(fā)了一款柔性機(jī)械外骨骼系統(tǒng),公司創(chuàng)始人兼CEO王潮表示,目前外骨骼一般從控制系統(tǒng)方面可分為兩類,純?nèi)肆ψ龉ν夤趋篮腿藱C(jī)共同做功的外骨骼。前一種就像一臺“穿戴型挖掘機(jī)”,沒有任何智控系統(tǒng),工作時基本上是單純從人的身體上收集信號,然后做力的放大。而后一種外骨骼具有一定的智能系統(tǒng),能識別人的運動信號、判斷人的運動意圖,然后和人協(xié)同做功。因此,外骨骼實際上是一種“可穿戴的機(jī)器”。

      2023年8月,參展觀眾在2023世界機(jī)器人大會現(xiàn)場體驗?zāi)X控?zé)o人機(jī)起飛 圖/視覺中國

      易昊翔則介紹說,外骨骼不光能“助力”,還能“添翼”。通過腦機(jī)接口技術(shù),人類可以利用腦電波同時操作多個外骨骼,就好像是變成三頭六臂的哪吒,在同樣的時間里,完成更多的事。

      意念駕駛

      汽車作為交通工具,能提供快捷的出行方式,提高人們的生活質(zhì)量,但同時也容易因行駛的安全隱患引發(fā)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、社會問題。

      據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計,全世界每年因交通事故導(dǎo)致死亡的人數(shù)約有135萬人,間接引發(fā)的非致命傷害人數(shù)可達(dá)5000萬人,許多國家每年花費約3%的國內(nèi)生產(chǎn)總值用于處理車輛帶來的道路交通事故。

      如今,隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展,用人類自身的意念來駕駛,或可成為未來司機(jī)們的“神助攻”。

      有別于無人駕駛利用定位、環(huán)境感知和計算機(jī)等設(shè)備,讓汽車智能行進(jìn),“意念開車”指的是駕駛員念頭一起,汽車就自動實現(xiàn)指令。

      2020年8月28日,埃隆·馬斯克曾在新聞發(fā)布會上表示,腦機(jī)接口的終極潛力幾乎是無限的,例如可以用“意念”召喚一輛自動駕駛中的特斯拉汽車。

      事實上,“意念開車”不僅能召喚一輛車,它能實現(xiàn)的還有更多。早在2015年,我國的“腦控汽車”已在南開大學(xué)開跑。

      2015年7月15日,南開大學(xué)進(jìn)行了一場實驗。實驗員頭戴裝有16個采集點的腦電信號采集設(shè)備,通過腦電信號對一輛裝有計算機(jī)處理系統(tǒng)、車載電控單元等裝置的汽車“發(fā)號施令”。汽車在人腦的操控下能夠準(zhǔn)確執(zhí)行啟動、直線前進(jìn)、直線倒車、剎車、車門上鎖或解鎖等規(guī)定指令。

      這項“腦控汽車”研究由南開大學(xué)計算機(jī)與控制工程學(xué)院段峰團(tuán)隊與長城汽車共同合作完成。段峰說,技術(shù)前景值得期待,首先可應(yīng)用于肢體殘疾人士的駕車;同時,因為需要正常的“意念控制”,車輛才能正常行駛,這項技術(shù)也可運用到保障行車安全領(lǐng)域,例如預(yù)防酒駕等。

      2019年6月,上海,亞洲消費電子展(CES Asia),日產(chǎn)汽車智能領(lǐng)域展臺上無形可視化和腦控車技術(shù) 圖/視覺中國

      2021年12月,國防科技大學(xué)的一件專利《一種基于腦機(jī)交互的車輛控制方法及裝置》獲得授權(quán),將腦機(jī)接口與智能汽車結(jié)合了起來。能通過腦機(jī)交互,實現(xiàn)超車、跟車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、環(huán)道等變換復(fù)雜的駕駛環(huán)境。

      2023年10月,中國第一汽車股份有限公司申請的《“一種路況適應(yīng)性的確定方法、裝置、車輛及存儲介質(zhì)”》專利公布。該專利涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域,方法包括:在車輛行駛過程中,獲取當(dāng)前時刻駕駛員的腦電信號,獲取路障檢測傳感器在當(dāng)前時刻的檢測數(shù)據(jù),識別腦電信號得到由駕駛員判定的路況信息,分析檢測數(shù)據(jù)得到路障檢測傳感器的可靠性信息,基于路況信息和可靠性信息確定腦機(jī)接口對路況的適應(yīng)性結(jié)果。該申請可以提升對智能車輛腦機(jī)接口安全性測試效率,從而提高腦控車輛運行的安全性和可靠性,還可以為腦控車輛在實際道路上的部署應(yīng)用提供有效技術(shù)支持和理論支撐。

      腦機(jī)接口技術(shù)在駕駛安全中的應(yīng)用也受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

      2024年3月,來自上海腦科學(xué)與類腦研究中心、西北工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)與韓國浦項科技大學(xué)的研究人員在學(xué)術(shù)期刊《交叉腦科學(xué)》(Brain-X)發(fā)表論文,提出4種同步腦電信號和肌電信號的混合腦機(jī)接口策略,稱可實現(xiàn)車輛高速行駛時對駕駛員復(fù)雜剎車意圖的檢測。

      該論文稱,相比于駕駛員正常的剎車反應(yīng)時間,其“腦控剎車”模型實現(xiàn)了高于250 毫秒的提前檢測時間,由此可帶來將近8米的安全距離,從而減少交通事故的發(fā)生。

      2024年11月,工作人員在北京舉行的2024中國國際福祉博覽會暨中國國際康復(fù)博覽會上展示基于腦機(jī)接口的主動康復(fù)系統(tǒng)
      圖/視覺中國

      前沿科技挑戰(zhàn)多

      雖然腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)在臨床醫(yī)療實驗上得到了不少可喜的結(jié)果,但作為一項還在前沿探索階段的技術(shù),它依然存在不少難點。在易昊翔看來,技術(shù)上的難點主要集中在三個方面。

      首先是信號采集方面。

      非侵入式腦機(jī)接口通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備來記錄和解讀大腦信息,雖安全性高,但易受顱骨和噪聲干擾,信號質(zhì)量和分辨率低,只能處理簡單的二分類任務(wù),如搖頭、眨眼等動作都會使信號混亂,且人類對于腦電信號的解析能力有限,目前在特定應(yīng)用場景(如睡眠監(jiān)測和干預(yù))有一定優(yōu)勢,但在更多復(fù)雜應(yīng)用場景中受限。

      侵入式需通過手術(shù)將電極植入大腦內(nèi)部,可獲得最高質(zhì)量的神經(jīng)信號,但存在較高安全風(fēng)險,可能引發(fā)并發(fā)癥,如感染、免疫反應(yīng)等,還可能因電極移動造成腦損傷。而且電極材料需在感知并傳輸電信號的同時,會引發(fā)人體強(qiáng)烈排斥反應(yīng),會在植入的設(shè)備上結(jié)成一層“覆膜”,致使鏈接點失效,所以保證長期安全和有效性是難點。

      其次是信號解讀方面。

      人類大腦擁有約860億個神經(jīng)元,其運作機(jī)制極為復(fù)雜,人們對大腦高級功能如情感、記憶、疼痛等的了解還非常少,對神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜的運作機(jī)制認(rèn)識有限。雖然能采集到腦電信號,但如何解讀這些數(shù)據(jù)龐大的“大腦話語”,并翻譯為機(jī)器能讀懂的代碼是巨大挑戰(zhàn)。

      大多情況下,大腦會同時發(fā)出多條指令,而隨著技術(shù)發(fā)展,可采集到的腦電信號數(shù)據(jù)量也越來越龐大。因此設(shè)備所能采集到的毫秒級電信號就像“天書”,要將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器可執(zhí)行的指令,如控制外部設(shè)備執(zhí)行動作(如開關(guān)瓶蓋等),需要深入研究信號所代表的具體含義和模式都需要經(jīng)過大量的反復(fù)實驗,并動用算力超強(qiáng)的計算機(jī),以提高算法的準(zhǔn)確性、效率和適應(yīng)性,以應(yīng)對不同個體、不同大腦狀態(tài)下的信號解讀需求。

      最后是材料技術(shù)方面。

      腦機(jī)接口中涉及的材料技術(shù)主要分為兩方面。一是材料的生物兼容性,植入大腦的材料可能引發(fā)排異反應(yīng),導(dǎo)致采集的信號衰減等問題,如何提高植入材料的生物兼容性,使其在長期植入過程中能與大腦組織良好共存,且不影響信號采集的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,是需要解決的重要問題。二是材料對腦電波的傳導(dǎo)能力,一般來說金屬對腦電波的傳導(dǎo)性是最強(qiáng)的,尤其是金,但若是使用金,一來造價成本過高,對設(shè)備普及造成困難;二來導(dǎo)致外置設(shè)備重量過重,佩戴不適。因此,研究者也在嘗試織物類材料來制作頭環(huán)、腦電波帽等,但織物類又存在損耗快的劣勢??傊?,材料技術(shù)上的難題也是亟待突破的。

      此外,腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展和克隆技術(shù)一樣,同樣引發(fā)了一系列科研倫理問題,如隱私保護(hù)、人類自主性、潛在的濫用風(fēng)險等。當(dāng)腦電波被感知、記錄,人的思維可能處于全面暴露的風(fēng)險之中,如何確保個人隱私安全是一個關(guān)鍵問題。另外,對于腦機(jī)接口技術(shù)在人類認(rèn)知、心理和精神方面的調(diào)控作用,以及可能對社會公正和公平產(chǎn)生的影響,需要深入探討和規(guī)范。例如,是否應(yīng)該允許通過腦機(jī)接口移植記憶來解決學(xué)習(xí)問題,這涉及教育公平和人類自身發(fā)展的倫理考量。

      2024年5月世博展館“中國光谷”展臺,衷華腦機(jī)展示無線植入式腦機(jī)接口系統(tǒng) 圖/視覺中國

      對此,易昊翔認(rèn)為,大可不必將腦機(jī)接口技術(shù)視為潘多拉的盒子?!拔沂冀K覺得,技術(shù)沒有好壞,而在于使用它的人。我們放眼歷史,從蒸汽革命開始,技術(shù)從大的方向行來說,一直都在推動人類文明的發(fā)展,當(dāng)中出現(xiàn)的一些問題,正是需要通過法律法規(guī)、行業(yè)規(guī)范,還有道德等方面的約束和引導(dǎo)?!?/p>

      事實上,為了促進(jìn)腦機(jī)接口、人—非人動物嵌合體等領(lǐng)域的規(guī)范研究,2024年2月,國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會和生命科學(xué)倫理分委員會已經(jīng)分別研究編制了《腦機(jī)接口研究倫理指引》和《人—非人動物嵌合體研究倫理指引》,供相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和科研人員參考使用。

      圖片由AI生成 圖/視覺中國

      普及或在下個十年

      據(jù)了解,工業(yè)領(lǐng)域是除醫(yī)療領(lǐng)域外,目前應(yīng)用最廣泛的一個領(lǐng)域,像采礦、基建、石油石化、電網(wǎng)建設(shè)等都可以應(yīng)用,以提高施工安全性和效率。把腦機(jī)接口硬件嵌入到日常的安全帽里,作業(yè)時可以通過這個安全帽進(jìn)行預(yù)警和干預(yù),實時對精細(xì)化操作的工人進(jìn)行狀態(tài)分析,根據(jù)其狀態(tài)給予及時干預(yù),避免由于狀態(tài)不佳出現(xiàn)操作失誤,造成重大損失;另外,通過對工人身體狀況進(jìn)行實時監(jiān)測,避免其身體狀態(tài)急劇下降出現(xiàn)傷亡。

      腦機(jī)接口在開礦方面的應(yīng)用也將在一定程度上降低礦難的發(fā)生。未來,像礦山這種高危場景,將是腦機(jī)接口工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一個主戰(zhàn)場。

      此外,駕駛領(lǐng)域也將被惠及。腦機(jī)接口可以對司機(jī)狀態(tài)進(jìn)行實時識別,以及預(yù)警干預(yù),在出現(xiàn)風(fēng)險隱患時,就提前通知到人。

      腦機(jī)接口能夠幫助提高學(xué)習(xí)效率,盡管目前還沒有廣泛應(yīng)用,但將腦機(jī)接口用于發(fā)掘人腦潛力是值得期待的。且研究證明,腦機(jī)接口對于運動員的專注力訓(xùn)練很有效。

      健康人使用的場景最多還是打游戲,主要是靠腦機(jī)接口增強(qiáng)人的認(rèn)知和感官能力,來實現(xiàn)游戲控制。隨著技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用場景的不斷拓展,腦機(jī)接口技術(shù)有望實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

      因此不少從業(yè)專家認(rèn)為,預(yù)計未來十年內(nèi),隨著技術(shù)的普及和成本的降低,腦機(jī)接口技術(shù)也將逐漸進(jìn)入普通人的日常生活,為人類帶來更加便捷、智能的生活方式,成為普通人可以使用的技術(shù),成為由我們思維控制的重要輔助設(shè)備,像使用手機(jī)、電腦一樣方便。

      不過,技術(shù)的普及和成本降低也并非易事。以醫(yī)療用途的腦機(jī)接口設(shè)備為例,想從實驗室里的樣品成為工廠里的產(chǎn)品,那需要獲得醫(yī)療器械注冊證在內(nèi)的十多項審核和多次臨床實驗,還需要考慮成本和工藝的可行性;從工廠里的產(chǎn)品再到走入尋常百姓家的商品,還需要考慮如何構(gòu)建起自己的商業(yè)模式,要有設(shè)計感、舒適性,等等。

      “實驗室的樣品階段,我們或許可以不計成本、不考慮是否有設(shè)計感、佩戴是否舒適,只考慮把東西做出來,但是到了產(chǎn)品和商品階段,想要去普及、去商業(yè)化,就不能不考慮這些事”,易昊翔表示,每個階段都需要投入大量的資金,因此在整個行業(yè)當(dāng)中,目前風(fēng)險投資是最主要的資金來源,回車科技就拿到過數(shù)千萬元人民幣的風(fēng)投,“不過這些資金可能只夠企業(yè)申請適營證、注冊證。其次是和大學(xué)或醫(yī)院合作的科研經(jīng)費、政府產(chǎn)業(yè)基金的支持,只有少數(shù)企業(yè)可以實現(xiàn)將自身已商品化的技術(shù)去反哺技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)”。

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