揭秘脑机接口

　　脑机接口技术原本是存在于科幻电影之中的新科技，它有着很广泛的应用前景，它能在医疗、康复、包括人的认知、感知等等方面都能给我们以帮助。它也是人类摆脱手脚束缚，用大脑控制机器的重要一步。如今脑机接口技术的发展，可以让我们对于大脑的认知更上一层楼。
　　2021年，埃隆·马斯克（Elon Musk）的脑机接口公司开了一场发布会，展示了一只猴子仅用其大脑就能控制光标在屏幕上移动，玩起＂意念乒乓球＂（MindPong）游戏。这场发布会让很多公众第一次听到了＂脑机接口＂。2018年，马斯克同样通过线上发布会的形式，给大家分别展示了完全没有脑机接口、经历脑机接口手术又撤掉以及两个月前被植入了脑机接口设备的三只不同小猪的健康情况，向公众展示了脑机接口手术的效果以及可逆性。
　　芯片是脑机接口的关键技术 Pixabay
　　对于专业人士来说，马斯克的这两个实验中涉及的脑机接口技术已经并不年轻了。事实上脑机接口其实已经有七十多年的历史。早在2014年巴西世界杯开幕式上，就有一位残疾人少年通过脑机接口接通了一个仿生假肢进行开球。
　　脑机接口技术有两种方式，一种是植入式的，即通过手术给病人或动物植入电极来进行神经元信号的读取，比如上文提及的马斯克的两次实验。另外一种形式则是无创的，使用者通过佩戴脑电波设备来采集头皮脑电信号，通过电缆传输并放大之后传送到计算机进行分析处理，这是一种间接的采集神经原的信号方式。如果我们将大脑比做一间屋子，大脑中的信息就像是屋子里的人在说话，我们想知道屋子里的人在说什么，可以直接推开门进来听，这就好比植入式的脑机接口；而非植入式的脑机接口就如同通过装置在屋外收集并放大屋内的声音从而听清楚。植入式的脑机接口从采集信息的准确性上来讲效率更高，可以更精准地收集信号，但同时它是有创的，需要手术植入大脑。而非植入式的脑机接口仅需体外佩戴设备，对人体没有损伤，但面临如何高效精确采集信号的技术挑战。
　　通过脑机接口获取脑部信号就好比通过设备录音 Pixabay
　　在未来，脑机接口有着非常广泛的应用前景，它可以在医疗、康复、包括人的感知、认知方面都能够给我们以帮助。例如面对中风或者其他疾病而丧失肢体运动能力的病人，他们的大脑是健康的。常规的康复方式可能是通过一个机器外骨骼来带动他去运动，但这只是一种被动的康复。而脑机接口技术可以采集并按照患者的运动意图控制肢体运动。在更远的未来，计算机或许可以解读人的动机以及想象。
　　除了前文提到的巴西世界杯的开球少年以外，脑机接口技术在国内也有一例很成熟的应用。2004年，一位年仅24岁的年轻人王甲被诊断为渐冻症，曾经的箭步如飞永远成为了他的回忆。由于几乎丧失了全部的肌肉控制能力，王甲不仅失去行动能，也失去与家人沟通的能力。2019年7月，清华大学医学院的科研团队给王甲带来了一套脑机接口打字设备。这款设备包含一个显示屏，显示不同闪烁频率的字母。当使用者盯着不同的字母时，大脑也会产生不同的反应，通过收集分析不同的信号就可以辨别出使用者在主注视哪个字母，从而频出使用者想要表达的内容。经过短暂的训练，王甲逐渐掌握了脑机接口打字这项新技能，因此也重新获得了与家人、外界沟通的能力。
　　脑机接口：康复训练的新窗口 Pixabay
　　目前，无论是植入式还是非植入式的脑机接口技术都存在较大的局限性，也面临着各自的挑战，还距离我们的生活非常遥远。例如针对植入式脑机接口，科学家们正尝试着去寻找一些体积更小、生物兼容性更强的材料作为植入电极，从而减少对人体的伤害。而对于非植入式的脑机接口，如何优化生物信号的采集也是科学家正在不断探索、攻克的课题。
　　同时，由于脑机接口技术＂人机合一＂的特殊性，一方面它能够将人的智慧和机器的高性能更好的结合起来，通过这项技术，人类未来也许会达到人机混合这种最高形式的智能。但另一方面，脑机接口如何保护使用者的隐私、让技术更好地服务于人类生活，也成为了浙西那个技术发展必须要解决的关键问题。我们需要对技术不断优化，同样也需要出台完善的法律法规来为民众权益保驾护航，只有这样，才能推动这项技术更快的发展并落地。
　　大脑是人类最为复杂的器官之一，我们对它的了解仍非常浅显。曾经有科学家说：＂我们在新的世纪研究人类的大脑，就像上个世纪我们探索宇宙一样，面对的都是有很多的不确定性。＂我们在探索宇宙的时候走得很远，最终收获了很远的脚步，也同时看到了很多技术的不断成熟。在研究大脑的过程中，也许这段历史会再次重现。也许正当我们满怀憧憬未来脑机接口的技术将给我们带来怎样的人机高度混合的智能社会，并不断为之奋斗的时候，其实在走的每一小步当中都给我们的社会带来了成果。
　　参考文献
　　[1]贺文韬. 脑机接口技术综述[J]. 数字通信世界, 2018, 01(No.157):81+86.
　　[2]尹晶海, 蒋德荣, 穆振东,等. 基于运动想象的脑机接口残疾人游戏辅助平台的设计与应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2008, 12(35):5.
　　[3]马赟, 王毅军, 高小榕,等. 基于脑-机接口技术的虚拟现实康复训练平台[J]. 中国生物医学工程学报, 2007, 26(3):6.
　　[4]高上凯. 浅谈脑-机接口的发展现状与挑战[J]. 中国生物医学工程学报, 2007.
　　作者：宋帅兵
　　编辑：韩越扬