“阿麗塔”不科幻 腦機接口已在現(xiàn)實中萌芽

早在半個世紀前，科學家就有了將大腦與機器連接起來的想法。只不過，相關技術一直不太成熟。直到2000年左右，腦電波檢測等技術出現(xiàn)重大進展，為腦機接口技術注入了新的發(fā)展活力。

街頭賣藝的殘疾人可以用機械臂自如地彈吉他;女主角阿麗塔只有大腦保存完好，但在依德醫(yī)生為她安裝了機械肢體后，阿麗塔奇跡般地復活了。這是最近上線的科幻電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》中的情節(jié)。該片呈現(xiàn)了一個人機融合極為普遍的未來世界。其中形形色色的半機械人，都離不開腦機接口（Brain Computer Interface，簡稱BCI）的支撐——畢竟，離開大腦的指揮，功能再強大的機械肢體也難以動彈。

敲鍵盤是我們與計算機交互的主要方式，近幾年興起的語音交互是人工智能技術帶來的新的交互可能。而腦機接口技術將再次帶來全新的人機交互方式。“腦機接口是讓大腦和機器直接溝通的一種系統(tǒng)，它可以讓人腦與機器互聯(lián)，人機之間的信息傳遞或通信控制會變得更加方便?！?中國科學院半導體研究所研究員王毅軍在接受記者采訪時說。

簡單來說，就是可以靠直接提取大腦神經(jīng)信號來控制外部設備。

“從技術上來說，腦機接口技術可分為侵入式和非侵入式兩大類?！蓖跻丬娬f。

在大腦中植入電極或芯片屬于侵入式的腦機接口。人的大腦中有上千億個神經(jīng)元，通過植入電極，可以精準地監(jiān)測到單個神經(jīng)元的放電活動。這種方式的缺點是會對大腦造成一定損傷。

而頭戴式的腦電帽則屬于非侵入式的腦機接口，它主要是使用腦電帽上的電極從頭皮上采集腦電信號。這種方式可以在頭皮上監(jiān)測到群體神經(jīng)元的放電活動，缺點是不夠精準。

其實早在半個世紀前，科學家就有了將大腦與機器連接起來的想法。只不過，相關技術一直不太成熟，腦機接口技術進展緩慢。直到2000年左右，腦電波檢測等技術的重大進展，為腦機接口技術注入新的發(fā)展活力。

如今，腦機接口技術已成為科技大佬們關注的前沿技術。

美國太空探索技術公司（SpaceX）掌門人埃隆·馬斯克就投資了一家名為“Neuralink”的腦機接口初創(chuàng)公司。臉書公司也于2017年透露，它擁有一支工程師團隊研發(fā)腦機接口技術。該團隊計劃用光學成像設備每秒掃描大腦100次，從而實現(xiàn)讓用戶直接用意識打字。

醫(yī)療領域是腦機接口的主要用武之地。美國研究人員曾展示，利用腦機接口技術，使殘障患者通過控制機械臂進行活動，比如拿起水杯喝水。

但腦機接口不一定非要用來控制機械臂。這種技術目前還可以用來進行神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和康復。比如，癲癇病人的大腦會出現(xiàn)某個區(qū)域的神經(jīng)元異常放電，通過腦機接口技術檢測到神經(jīng)元異常放電后，可以對大腦進行相應的電刺激，從而減少癲癇發(fā)作。

王毅軍表示，中風患者在失去肢體控制能力后，也可以通過腦機接口技術對患者的大腦運動皮層進行訓練，幫助病人進行康復。

除醫(yī)療領域外，腦機接口技術目前還被用于航空航天、教育、娛樂等多個領域。例如，在航空航天領域，該技術可幫航天員用大腦更好地操控機械外殼，在特殊環(huán)境下執(zhí)行任務;在教育領域，它能訓練學生的注意力等。

最具吸引力的還是腦機接口技術的未來前景。未來腦機接口的應用場景有哪些？可以想想我們平時用大腦做了哪些事情。最根本的改變是，一旦大腦與計算機實現(xiàn)更好、更快的交互，人與人之間、人與計算機之間的交互效率將實現(xiàn)質的飛躍。

比如現(xiàn)在語言是人與人之間交流的重要方式，在說話前，大腦已編輯、形成相關信息，再通過控制肌肉運動將這些信息以語音的形式表達出來。這樣通過語音對話進行交流的方式，效率很低。

“未來可以通過腦機接口實現(xiàn)生物智能與機器智能的融合，即腦機混合智能，使大腦與大腦之間、大腦與計算機之間直接進行信息溝通，信息溝通的效率將被大大提高，從而真正實現(xiàn)‘心想事成’和‘意念控制’?！蓖跻丬娬f。

盡管前景十分美好，現(xiàn)階段腦機接口技術還存在很多尷尬的問題?！耙阅壳扒秩胧降哪X機接口技術應用為例，在大腦中植入電極后，周圍的膠質細胞會逐漸將電極包裹起來，電極監(jiān)測到的神經(jīng)元活動會越來越少?！?王毅軍說，幾年甚至幾個月后，電極就完全監(jiān)測不到神經(jīng)元活動，如果需要再次使用，就得重新植入電極。而電極的植入不但會損傷大腦神經(jīng)元，也會有感染的風險。

頭戴式的腦電帽雖然不會損傷大腦，但每次使用時都需要洗干凈頭發(fā)，往腦電帽的電極中注入導電膠，操作起來十分麻煩。

拋開上述問題，腦機接口的應用效果也不是很理想。比如通過腦機接口操控的機械臂還很難像真人的肢體一樣靈活。總體來說，腦機接口系統(tǒng)還缺乏安全、高效、成本又低的解決方案。

腦機接口的發(fā)展受制于相關技術的成熟程度。首先腦電信號的采集涉及到材料學，因為植入大腦的裝置，十分容易造成人體感染，那么就需要改進材料技術去解決這一問題。

同時還需要精密電子電路技術，因為腦機接口需要采集神經(jīng)元發(fā)出的信號，這些信號極其微弱。假如電路中的噪音稍大，就會影響腦電信號的采集。

人工智能也是腦機接口需要利用的一項基礎技術。因為在采集大量腦電信號之后，需要訓練人工智能系統(tǒng)，使其學會分析處理這些復雜的信號。醫(yī)療技術更是不可或缺。正如影片《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》中展示的，在到處都是半機械人的廢鐵城中，醫(yī)生扮演著重要角色?，F(xiàn)實中，腦機接口技術在醫(yī)療領域的應用也離不開相關醫(yī)療技術的精密配合。

“但最重要的方面是腦科學研究。因為只有知道大腦是怎么回事，了解大腦是如何運作的，才能更好地解讀大腦生成的信息。”專家說，目前對于諸如聽覺和視覺等只涉及大腦局部區(qū)域的腦電信號，學界已了解得比較深入。但對于大腦高級功能產(chǎn)生的腦電信號，比如回憶、復雜情感等，學界目前對其了解程度還很有限。