脑机技术,未来并不遥远

脑机技术,未来并不遥远

你在担心机器人会取代人类吗?你可能想多了。谁知道是AI机器人取代人类呢,还是“芯片人”(脑袋里植入了芯片的人)取代自然的人呢?

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2018年,Facebook在开发者大会F8上,公司新部门展示了团队的成果,使用脑机接口技术让一位行动不便的病人通过意识完成了在电脑上打字。

2019年7月17日,Space X及特斯拉创始人埃隆·马斯克召开发布会,宣布成立两年的脑机接口(BCI)公司Neuralink的脑机接口技术获重大突破,他们已经找到了高效实现脑机接口的方法。这实际上是一套脑机接口系统:利用一台神经手术机器人向人脑中植入数十根直径只有4-6微米的“线”以及专有技术芯片和信息条,然后可以直接通过USB-C接口读取大脑信号。与以前的技术相比,新技术对大脑的损伤更小,传输的数据也更多。他表示,Neuralink团队已经成功地让一只猴子通过大脑控制电脑,明年还有可能进行人类患者临床实验。

2019年8月在北京举行的世界机器人大会,酷炫的“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”,在大会期间正式“开锣”。酷炫的比赛让人纷纷惊呼:脑机技术真的火起来了!

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近日,又一起事件又双叒叕一次引发公众关注。近日浙江金华一小学同学们头戴“金箍”上课照片引发公众激烈的讨论。

这“金箍”是一种脑机接口头环。据称这款头环只需通过与人体额头、两侧耳后三个与人脑部接触的电极,就可达到接收大脑电信号的作用,其接收到的电信号可转换为数据,在配套的APP上进行显示。戴上这个头环以后,通过头环正中处的LED灯的颜色可以直接观察到学生学习时注意力的状态。学生的注意力数据会传送到老师的电脑中,老师可以看出每一个学生的注意力变化状态。同时,这个头环的软件系统还会把学生上课的注意力状况统计成分数,可以把这个分数像考试成绩成绩排名一样发到家长群里。据说一些师生对这个头环表示非常满意,有老师说,学生戴上头环后,学生戴上头环以后,“上课回答我的问题,他们的声音会比平常更响亮”(怎么感觉头环还有扩音的功能);也有学生表示戴上头环以后,上课可以认真听讲,做的作业基本是全对的。

网友纷纷留言:这是要监控思想?!还有没有自由?越来越恐怖了,将来万一哪个老板给自己的员工也装一个,怎么办?

这种技术属于脑机技术,自上世纪70年代萌发概念开始,到1988年,美国首次实现了脑电波虚拟打字。脑机技术在运用方面逐渐取得了一些进展。如在医学领域有运用脑机技术来帮助瘫痪病人用大脑来控制肢体的运动、帮助截肢者控制义肢或帮助控制癫痫的发作......

脑机技术是通过在大脑与外部设备之间建立信息通路,用大脑思维变化产生的脑电波(生物电信号)来实现一些控制功能。脑机技术的实现步骤分为四步:采集信号——信息解码处理——再编码——反馈。

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脑机技术,根据获取脑电波(脑部生物电信号)的方式的不同,分为侵入式和非侵入式两种技术路径。

侵入式就是通过在大脑中植入脑活动捕捉器来获取脑电波信号。如20年前播出的电影《黑客帝国》中想象的科幻技术就是这样类似的技术——人类通过脑机接口与母体系统连接,被控制的人脑沉浸在母体虚构的世界里,人脑在系统中也可以相互沟通。

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埃隆·马斯克领导下的Neuralink团队的脑机技术走的这种技术路线。Neuralink团队的技术是用一台神经手术机器人向大脑内植入4-6微米粗细的线,然后通过USB-C接口直接高效地读取大脑信号。

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这就是Neuralink团队公开的植入了“线”(探针)及外置了可采用USB接口读取芯片数据的实验小鼠的照片。这种侵入式的脑机交互技术,除了伦理问题、人心理上对于脑部植入的恐惧和焦虑突破以外,还有很多的技术难题需要攻克!

另一种主流的脑机技术就是非侵入式脑机技术,是在大脑外部设置信号捕捉器来获取脑电波信号。如下图所示的这种头套。通过头套上的多个电极来获取大脑活动产生的微弱的生物信号。看到这密密的电极,突然有点好奇,金华的学生们用的头环只有三个电极来获取脑电波,不知道效果如何。

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美国、欧洲、日本及中国在脑技术制定了战略性的规划。如“脑科学和类脑研究”已被列入我国“十三五”规划纲要中的国家重大科技创新和工程项目。

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有预测称脑机技术是继AI技术之后,将席卷全球,引发另一场全球技术、科技、商业革命的黑科技。脑机接口可能的商业化运用方向广泛,现在已经被运用于医疗健康、VR、教育科技、智能家居领域。网络有报告称脑机接口市场的规模巨大。

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从目前脑机技术已经初步运用的商业领域来看,脑机接口技术在未来推动社会发展方面很可能成为一项极为重要的关键技术。但是脑机接口技术并不是现在才有的,在此之前已经发展了数十年的时间。正如Neuralink总裁Max Hodak在当天发布会上所说,“Neuralink并不是凭空产生,在这以前的学术研究已经有了很长的历史,从很大意义上来说,我们是站在了巨人的肩膀上。谁能占据脑机技术发展的风口浪尖呢?目前,或许可从专利技术的角度窥见未来之可能性一二。

本文以脑机接口、脑机交互(Brain–computer interface, BCI 或称 Brain–machine interface, BMI)为关键词,对脑机技术进行了初步的检索。


进入1989年美国提出全国性的脑科学计划以来,全球脑机技术的专利申请迅速增长。

美国和中国在脑机技术研发竞争非常激烈,两国在脑机技术方面的专利申请远远领先世界其他国家。

各国的脑机技术主要研发的主要技术方向为电子数字数据处理领域。

除了Neuralink之外,Cyberkinetics、NeuroPace、Cerêve、Neurable、以及国内的BrainCo都在致力于脑机接口技术的研发。脑机技术可能给人类带来福音。如2016年11月,荷兰乌特勒支大学医学院神经科学家和首席研究员Nick Ramsay 成功使一名肌萎缩侧索硬化(ALS)的闭锁综合征女患者用大脑意志实现了打字。如果霍金依然在世,脑机技术不知道是否让他大脑中的奇思妙想更好地分享给世人。

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然而,科学技术是否总能按照人类预想的方向发展?过往的经验告诉我们,其实并不一定。凯文·凯利在其20年前发表《失控》一书中,就预见性地提出人类的未来是“人造和天生的联姻”,即将人类与机器相结合的“半机械人”,来赋予人类更大的生存空间。而此次Neuralink的新进展则告诉我们,这样一个时代或许已悄然来临。


但是,如同霍金警告人类应当立即停止对AI技术的研发一样,脑机技术的发展是否会失控?众多的科幻大片所想象的技术对人类带来的毁灭性的灾难,让我们在面对新的技术时难免感觉忐忑不安。试想如果真的实现了脑机交互,那么是否可以直接通过大脑向人体传输病毒,又是否意味着人类灾难的来临呢?当然,现在还没有人能够回答这样的问题。






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