連接未來(lái)

馬迪

2019年剛剛過(guò)去4個(gè)月，幾部與人工智能有關(guān)的影視作品已紅遍網(wǎng)絡(luò)：先有詹姆斯·卡梅隆擔(dān)任制片的電影《戰(zhàn)斗天使：阿麗塔》，后有Netflix的自制系列動(dòng)畫片《愛、死亡和機(jī)器人》。它們都有一個(gè)共同的關(guān)鍵技術(shù)背景—就是人可以用意念控制機(jī)械等外部設(shè)備。

腦部是人類的神經(jīng)中樞，幾乎所有的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)都在這里完成。腦機(jī)接口致力于為有機(jī)生命形式的腦與無(wú)生命的設(shè)備之間直接連接通路，通俗點(diǎn)理解就是用意念控制設(shè)備。而這個(gè)設(shè)備，既可以是簡(jiǎn)單的電路和芯片，也可以是方便殘疾人使用的輪椅，甚至千里之外的某個(gè)開關(guān)……

為了方便理解，整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單分為4步：信號(hào)采集-信息解碼—信息再編碼—反饋，因此它也是一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，涉及認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、生物工程、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域。

采集信號(hào)，即從大腦皮質(zhì)中獲取神經(jīng)元的活動(dòng)，作為腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的第一步顯得尤為重要。這是腦機(jī)技術(shù)的根本，沒有信號(hào)的獲取，之后的步驟自然無(wú)法開展。1924年，德國(guó)精神病學(xué)家貝格爾將兩個(gè)連著電線的金屬片，分別放在病人的前額和后腦，第一次采集到了人類的腦電波信號(hào)。這種用來(lái)測(cè)量腦電波的方法叫做腦電圖，這項(xiàng)技術(shù)至今仍在使用。

某種意義上來(lái)講，當(dāng)你在接受腦電圖檢測(cè)時(shí)，你的腦就已經(jīng)與這臺(tái)龐大的機(jī)器緊密相連。這種非侵入式腦機(jī)接口簡(jiǎn)單易操作、對(duì)人無(wú)傷害，但也存在信號(hào)質(zhì)量低、精度差、不穩(wěn)定等問(wèn)題，最終并未在治療領(lǐng)域走得更遠(yuǎn)。與之相對(duì)的，侵入式腦機(jī)接口通常直接植入到大腦的灰質(zhì)，因而所獲取的神經(jīng)信號(hào)質(zhì)量更高，才更有可能被解碼成為準(zhǔn)確的信息。即便如此，所獲取的信號(hào)也相當(dāng)微弱，必須通過(guò)專業(yè)設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和降噪。

收集好了足夠多的信息后，就可以進(jìn)行信號(hào)的解碼和再編碼了。20世紀(jì)六七十年代，研究者中的先鋒派就開始致力于探索動(dòng)物（主要是獼猴）的大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)與肢體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。到2008年，美國(guó)匹茲堡大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家已經(jīng)可以讓猴子操縱機(jī)械臂給自己喂食。這也標(biāo)志著腦機(jī)接口已經(jīng)發(fā)展到能夠與外部設(shè)備直接相連，并使外部設(shè)備執(zhí)行特定功能的階段。

獲得環(huán)境反饋信息后再作用于大腦也非常復(fù)雜。設(shè)備感知環(huán)境并且傳遞給大腦進(jìn)行反饋，這其中包括且不限于視覺、觸覺、聽覺。2014年巴西世界杯開幕式上，癱瘓少年朱利亞諾·平托在腦控機(jī)械外骨骼的幫助下為世界杯開球那一幕引起全球關(guān)注。

腦-機(jī)-腦的傳輸也正在成為可能。同是2014年，華盛頓大學(xué)的研究員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸腦電信號(hào)進(jìn)行了腦對(duì)腦交流實(shí)驗(yàn)。信號(hào)發(fā)出者佩戴著EEG帽子觀看屏幕上的圖片，腦波信號(hào)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳到另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，再通過(guò)經(jīng)顱磁刺激技術(shù)直達(dá)接收者的視覺皮層。在排除所有作弊可能性的情況下，傳輸?shù)拇饘?duì)率高達(dá)72%。

由于植入設(shè)備帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，侵入式腦機(jī)接口技術(shù)主要應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，幫助失憶癥患者、帕金森癥患者、癱瘓患者、聾啞人士等人群。2016年，一位荷蘭的漸凍癥患者在植入電極后，學(xué)會(huì)了通過(guò)腦電波在虛擬鍵盤上打字。2017年2月，斯坦福大學(xué)兩位教授聯(lián)名發(fā)表論文宣布，他們成功讓三名受試癱瘓者通過(guò)簡(jiǎn)單的想象精準(zhǔn)地控制電腦屏幕的光標(biāo)，在電腦屏幕上輸入了他們想說(shuō)的話，其中一名患者平均每分鐘輸入39個(gè)字母。

從上面提到的各種成功案例可以看出，目前在腦機(jī)接口領(lǐng)域，“從腦到機(jī)”已經(jīng)有了很多研究成果和成功案例，但“從機(jī)到腦”卻幾乎是沒什么頭緒?？苹秒娪爸械挠洃浺浦矘蚨沃两駸o(wú)人能觸及分毫，原因就在于目前神經(jīng)科學(xué)對(duì)于神經(jīng)編碼的具體方式還處于未知狀態(tài)—簡(jiǎn)言之，我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有弄清楚大腦的神奇之處。

從古至今，人只能用自己的意識(shí)來(lái)直接控制自己的身體，腦機(jī)接口作為一種全新的控制和交流方式，給了人向更廣闊世界延伸的機(jī)會(huì)。如果再打通“從機(jī)到腦”這塊屏障，人類將實(shí)現(xiàn)肉體和精神的無(wú)限延伸—比如碳基硅基的融合“超級(jí)人類”、大腦數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)移到數(shù)字世界的“永生不死”、完全靠意識(shí)來(lái)進(jìn)行交流的“心有靈犀”……如果腦機(jī)接口技術(shù)成功，我們未來(lái)的生活和世界將會(huì)有翻天覆地的巨變，人類對(duì)于自我也將會(huì)有全新的認(rèn)知。