腦機接口是什么?它究竟有啥作用?

近年來，腦機接口(BCI)的概念在科技界，尤其是電子圈和醫(yī)療圈非常火爆；它已經(jīng)成為當(dāng)今世界的熱門技術(shù)，同時也日益成為新時代科技的主要象征。那么，腦機接口是什么?它究竟有啥作用?其未來發(fā)展如何?下面就簡要地回答這些問題。

腦機接口，即大腦、機器、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)備的動作；這些外部設(shè)備可以是一個機器人，可以是虛擬鍵盤，可以是其他任何想要操控的東西。當(dāng)前對腦機接口技術(shù)的開發(fā)已走出實驗室，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，推動它的廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前研究的熱點。目前，腦機接口技術(shù)已經(jīng)成為了全球各國科技競爭的戰(zhàn)略高地之一；這項技術(shù)會在人與機器之間架起橋梁，并最終做到人與人之間、人與機器之間自由傳輸思想、下載思維，從而創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)乃至社會的價值。

讓我們先來回顧一下腦機接口發(fā)展的簡要歷程。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，開啟了人類對大腦活動的研究歷史；1977年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達(dá)爾先生通過提取視覺誘發(fā)電位，完成了通過腦電對屏幕上光標(biāo)樣物體的控制，這是腦機接口技術(shù)最早的實驗室實現(xiàn)形式，也意味著該技術(shù)從科學(xué)幻想階段進(jìn)入了科學(xué)研究階段。從上個世紀(jì)90年代開始，腦機接口技術(shù)的研究不斷取得新進(jìn)展和新成果；比如2014年，在巴西圣保羅世界杯開幕式上，癱瘓青年通過腦機接口踢出了當(dāng)年世界杯的第一球，更是為腦機接口技術(shù)的研究與應(yīng)用揭開了嶄新的一頁。

腦機接口技術(shù)是腦機結(jié)合的新發(fā)展方向，是實現(xiàn)人類與機器共生的技術(shù)；它從大腦直接提取信號，翻譯成控制命令來控制計算機或者機器人等外部設(shè)備。目前的腦機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，或把計算機設(shè)備裝在人體里，實現(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，就能夠?qū)崿F(xiàn)對外部設(shè)備的控制。有關(guān)專家認(rèn)為，這兩類都各有優(yōu)劣。腦機接口技術(shù)的發(fā)展可以大致分成三個階段：第一個階段，指Interface，也即接口(目前還在初級階段)；第二個階段，指Interaction，也即交互；第三個階段，指Intelligence，即腦機智能。最終，腦機接口技術(shù)將增強人類的感知和社交能力。

腦機接口技術(shù)目前主要應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，它在未來將得到進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。腦機接口技術(shù)具有復(fù)雜成型、高精度、個性化等突出優(yōu)勢，可為創(chuàng)新植入醫(yī)療器械的研發(fā)制造、體外組織模型或活體組織構(gòu)建提供重要的研究和工程手段。前不久，當(dāng)今世界首富、美國實業(yè)家及工程師埃隆·馬斯克先生表示，由他創(chuàng)立的腦機接口公司(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。他還表示，腦機接口技術(shù)有可能刺激人體內(nèi)釋放出血清素、催產(chǎn)素等化學(xué)物質(zhì)，發(fā)揮了神經(jīng)元的作用。馬斯克先生的宣布，徹底引爆了外界對于腦機接口技術(shù)的關(guān)注。

眾所周知，人類大腦擁有至少1000億個神經(jīng)元；這些神經(jīng)元又構(gòu)成10^15個神經(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，腦機接口技術(shù)已經(jīng)成為美國、歐盟、日本、韓國、中國、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，最近用腦科學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合在一個腦機接口系統(tǒng)中，用戶可以通過想象一個動作，來無線控制輪椅或機械臂；該系統(tǒng)對用戶的主要優(yōu)勢是柔軟舒適，并且沒有電線影響，具有靈活性和實用性。

腦機接口技術(shù)是多學(xué)科交叉融合的研究領(lǐng)域，涉及電子工程、醫(yī)療工程、人工智能、材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科，其發(fā)展得益于它門的進(jìn)步。以神經(jīng)科學(xué)為例，腦機接口技術(shù)正成為研究神經(jīng)科學(xué)基本問題的重要途徑；基于運動范式的腦機接口技術(shù)有助于闡明感覺運動控制的神經(jīng)機制，進(jìn)而又可以依據(jù)新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)來改進(jìn)腦機接口技術(shù)的設(shè)計；通過腦機接口技術(shù)可以部分重塑大腦功能，為研究大腦可塑性、學(xué)習(xí)、記憶、情緒等問題的神經(jīng)機理提供幫助。腦機接口技術(shù)也為認(rèn)知科學(xué)和心理學(xué)研究提供了新的實驗工具和探索方法，在視覺、聽覺、注意力、想象、言語、情感、行為等研究中發(fā)揮作用。

可見，腦機接口技術(shù)既能通過測量和提取人腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號，實現(xiàn)對外部設(shè)備的操控，也能通過外部設(shè)備對神經(jīng)系統(tǒng)的刺激和神經(jīng)反饋，實現(xiàn)對中樞神經(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)，實現(xiàn)人機或腦機的智能融合，并使我們能夠更好地理解、增強、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)、軍事、教育、娛樂等多個領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。未來，腦機接口技術(shù)將應(yīng)用到更多領(lǐng)域，發(fā)展前景值得我們期待；就像國際知名學(xué)者周海中先生曾經(jīng)說過的那樣：“在21世紀(jì)初葉，腦機結(jié)合時代即將到來；屆時，人類文明的進(jìn)程將會大大加快?！?