作者 | 洪濤、奧托·麥克

作者均為美國佐治亞理工學(xué)院博士后

人類歷史上，每一次重大的技術(shù)革命，都會(huì)引發(fā)對(duì)人類自身乃至整個(gè)社會(huì)的沖擊；腦機(jī)接口(BCI)也一樣，對(duì)人類社會(huì)來說，這門高新科技將會(huì)引發(fā)一場(chǎng)新的社會(huì)變革的風(fēng)暴。正如國際知名學(xué)者周海中先生1995年11月在美國芝加哥舉行的《大腦與機(jī)器》學(xué)術(shù)研討會(huì)預(yù)言的那樣，“在21世紀(jì)初葉，腦機(jī)結(jié)合時(shí)代即將到來；屆時(shí)，人類文明的進(jìn)程將會(huì)大大加快?！蔽覀儓?jiān)信：隨著科技的進(jìn)步，尤其是腦機(jī)接口和人工智能的發(fā)展，未來人類社會(huì)將會(huì)變得越來越美好。

腦機(jī)接口技術(shù)，即腦、機(jī)、接口，三者的結(jié)合，將大腦的信息通過適當(dāng)?shù)慕涌诩夹g(shù)來讀取，并操控外部設(shè)備的動(dòng)作。這些外部設(shè)備可以是一個(gè)機(jī)器人，也可以是虛擬鍵盤，還可以是其他任何想要操控的東西。當(dāng)前對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的開發(fā)已走出實(shí)驗(yàn)室，并進(jìn)入初步應(yīng)用階段；如何讓這門技術(shù)服務(wù)于社會(huì)，推動(dòng)它的廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為了全球各國科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地。它會(huì)在人與機(jī)器之間架起橋梁，并最終促進(jìn)人與人之間的溝通，創(chuàng)造巨大價(jià)值。

讓我們先來回顧一下腦機(jī)接口發(fā)展的簡要?dú)v程：1929年德國精神病學(xué)家漢斯·貝格爾先生發(fā)表的第一篇有關(guān)腦電圖的文章，開啟了人類對(duì)大腦活動(dòng)的研究歷史。1973年美國加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達(dá)爾先生首次提出了“腦機(jī)接口”的構(gòu)想，雖然受限于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力，他之后十年的研究并未取得預(yù)期進(jìn)展，但他的大膽預(yù)測(cè)與實(shí)踐，為后來的研究者引領(lǐng)了方向。

上個(gè)世紀(jì)90年代，腦機(jī)接口技術(shù)的研究不斷取得新成果。例如，巴西科學(xué)家米格爾·尼科萊利斯先生在美國達(dá)勒姆提取葉猴皮層運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的信號(hào)來控制機(jī)器人手臂，進(jìn)而操控遠(yuǎn)在日本東京的機(jī)器人的動(dòng)作；他的最新研究是讓3只猴子協(xié)調(diào)工作來完成一項(xiàng)任務(wù)，這項(xiàng)涉及大腦網(wǎng)絡(luò)的研究，將腦機(jī)接口技術(shù)帶入了如何擴(kuò)展腦能力的新階段。2014年，在巴西圣保羅世界杯開幕式上，癱瘓青年通過腦機(jī)接口踢出了當(dāng)年世界杯的第一球，更是為腦機(jī)接口技術(shù)的研究與應(yīng)用揭開了嶄新的一頁。

腦機(jī)接口技術(shù)是腦機(jī)結(jié)合的新發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)人類與機(jī)器共生的技術(shù)；它從大腦直接提取信號(hào)，翻譯成控制命令來控制計(jì)算機(jī)或者機(jī)器人等外部設(shè)備。目前的腦機(jī)接口主要分為植入式和非植入式兩大類。前者為有創(chuàng)技術(shù)，需要把電極芯片裝入大腦，或把計(jì)算機(jī)設(shè)備裝在人體里，實(shí)現(xiàn)混合的人類和電子系統(tǒng)；后者為無創(chuàng)技術(shù)，只要貼上電極芯片并從大腦外采集信號(hào)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。植入式和非植入式都各有優(yōu)劣，應(yīng)視具體情況而定。

有專家認(rèn)為：腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展可以大致分成三個(gè)階段。第一個(gè)階段，指Interface，也即接口（目前還在初級(jí)階段）；第二個(gè)階段，指Interaction，也即交互；第三個(gè)階段，指Intelligence，也即腦機(jī)智能。最終，腦機(jī)接口將增強(qiáng)人類的能力，例如，人類可能會(huì)擁有超感知能力，有更好的視覺和聽覺。腦機(jī)接口技術(shù)目前主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，它在未來將得到進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。

前不久，美國實(shí)業(yè)家及工程師埃隆·馬斯克先生表示，由他創(chuàng)立的腦機(jī)接口公司(Neuralink)很快就完成人類大腦植入，原則上可以修復(fù)任何大腦問題，包括提升視力和聽力、恢復(fù)肢體功能、治療老年癡呆癥和漸凍癥等。去年5月，該公司宣布獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準(zhǔn)，將啟動(dòng)首次腦植入物人體臨床研究。目前，它正在招募癱瘓的志愿者來研究植入物是否能讓他們控制外部設(shè)備。如果該技術(shù)在人類身上發(fā)揮作用，它能夠改善數(shù)以百萬計(jì)的人的生活質(zhì)量。僅僅在美國，目前就有大約540萬人癱瘓病人。

由美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校何塞·米蘭先生領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)不久前利用非植入式腦機(jī)接口技術(shù)助力癱瘓者操作思維控制輪椅。該團(tuán)隊(duì)招募了3名四肢癱瘓的人進(jìn)行縱向研究，由腦電圖(EEG)檢測(cè)他們的大腦活動(dòng)，并通過一個(gè)腦機(jī)接口設(shè)備將其轉(zhuǎn)換為輪椅的機(jī)械指令。有關(guān)專家認(rèn)為：在未來，我們將有神經(jīng)技術(shù)，也使我們更接近我們的大腦；這些設(shè)備將適用于患者和普通人，告訴我們大腦的健康狀況，并為改善大腦提供新的機(jī)會(huì)。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員張強(qiáng)先生率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)最近聚焦前沿腦機(jī)接口技術(shù)，在腦中風(fēng)治療領(lǐng)域取得進(jìn)展。他們研制了新型植入式水凝膠神經(jīng)電極，該水凝膠神經(jīng)電極可以在單細(xì)胞水平上，原位獲取腦神經(jīng)信息與調(diào)控，并利用光遺傳神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，調(diào)控大腦神經(jīng)回路與肢體行為。這項(xiàng)技術(shù)成功地用于促進(jìn)腦中風(fēng)大鼠的康復(fù)，通過中風(fēng)腦區(qū)受損神經(jīng)元的調(diào)控，有效地減少了腦組織的梗死區(qū)域，促進(jìn)大鼠運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。下一步研究人員將重點(diǎn)圍繞大鼠腦神經(jīng)信號(hào)監(jiān)測(cè)與調(diào)控技術(shù)開展研究，向腦部病變的監(jiān)測(cè)和治療方向繼續(xù)努力；然后，他們將進(jìn)一步研究人類大腦的病變情況，為更精確地診斷和治療腦部疾病開辟道路。

眾所周知，人腦擁有至少1000億個(gè)神經(jīng)元；這些神經(jīng)元又與10^15個(gè)神經(jīng)聯(lián)接，將復(fù)雜相連的神經(jīng)首尾相接，總長度超過18萬公里。如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)性讓人類擁有了智慧，探究大腦卻成為了全世界科學(xué)家努力抵達(dá)的“終極疆域”。隨著以人工智能技術(shù)為核心的第四次技術(shù)革命深化發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)成為美國、歐盟、英國、日本、韓國、中國、以色列、新加坡、澳大利亞等國家優(yōu)先支持發(fā)展的創(chuàng)新型技術(shù)之一。例如，由美國佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊(duì)，前不久用腦科學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合在一個(gè)腦機(jī)接口系統(tǒng)中，用戶可以通過想象一個(gè)動(dòng)作，來無線控制輪椅或機(jī)械臂；該系統(tǒng)對(duì)用戶的主要優(yōu)勢(shì)是柔軟舒適，并且沒有電線影響，具有靈活性和實(shí)用性。

腦機(jī)接口技術(shù)既能通過測(cè)量和提取人腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操控，也能通過外部設(shè)備對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的刺激和神經(jīng)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控，使得人腦與外部設(shè)備之間形成具有神經(jīng)反饋調(diào)控的閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)或腦機(jī)的智能融合，并使我們能夠更好地理解、增強(qiáng)、改善或恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)及其與外界的交互作用，因而目前在醫(yī)療康復(fù)、航空航天、智能家居、智慧商業(yè)、教育、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。未來，腦機(jī)接口技術(shù)將應(yīng)用到更多領(lǐng)域，發(fā)展前景是值得大家期待的。毫無疑問，一個(gè)嶄新的腦機(jī)結(jié)合時(shí)代即將到來，人類文明的發(fā)展就將會(huì)突飛猛進(jìn)。