在2009年熱播的電影阿凡達(dá)中，下身癱瘓的的前海軍戰(zhàn)士能夠通過設(shè)備將意識注入到遠(yuǎn)端的生物體中，用意念控制阿凡達(dá)，這是人類對腦機(jī)接口發(fā)展未來圖景的一次美好想象。而如今十年的時間過去了，隨著技術(shù)的進(jìn)步，腦機(jī)接口已經(jīng)逐漸走出科幻片，走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。
不久前，四肢癱瘓了30多年的羅伯特·布茲·克米勒維斯基，在腦機(jī)接口技術(shù)的幫助下，向世界展示了如何通過大腦意念控制兩支機(jī)械手臂拿起餐具給自己喂食的全過程。這是世界首個實(shí)現(xiàn)雙邊植入腦機(jī)接口的案例，是一次前所未有的進(jìn)展。
如此神奇的“用意念吃蛋糕”，到底是怎么回事？所謂的“腦機(jī)接口”，又是如何實(shí)現(xiàn)的？除了吃蛋糕，這項(xiàng)技術(shù)還能用來做什么？讓我們一探究竟。
所謂的腦機(jī)接口技術(shù)，指的是通過在大腦和外部設(shè)備之間建立通道來實(shí)現(xiàn)大腦和外部設(shè)備之間的信息交換。在這個概念下，如果能對大腦輸出的信號做出正確的解讀，那么就可以直接讓大腦指令操縱外部設(shè)備，也就是我們所說的“意念控制”。
此次的雙邊植入腦機(jī)接口技術(shù)是由約翰·霍普金斯大學(xué)涉及物理和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多個實(shí)驗(yàn)室共同合作研究出來的，這項(xiàng)技術(shù)旨在幫助癱瘓和肢體殘缺患者獲得更加獨(dú)立生活能力。業(yè)界內(nèi)以往的腦機(jī)接口研究往往只從大腦的一側(cè)采集信號，因此實(shí)施的控制主要集中在一只機(jī)械臂上。而約翰.霍普金斯大學(xué)研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)可以同時控制雙臂協(xié)作，這是一次矚目的突破。
吃蛋糕試驗(yàn)的參與者羅伯特30多年前在沖浪時發(fā)生了意外，他的大腦健康，但肩膀以下的部位多年來一直處于癱瘓的狀態(tài)，幾乎感覺不到手腳和四肢。
為進(jìn)行此次試驗(yàn)，他通過手術(shù)在大腦兩側(cè)植入了六個大小與螞蟻相近的電極陣列，其中一半陣列被放置在運(yùn)動皮層，另一半被放置在感覺皮層，這些陣列通過細(xì)電線被連接到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以完成腦信號的采集和計(jì)算，它們可以在大腦中保持多達(dá)五年。除此之外，羅伯特還進(jìn)行了長達(dá)九個月的訓(xùn)練，來學(xué)習(xí)假肢的控制方法。
在試驗(yàn)中，羅伯特先是使用意念控制機(jī)械臂切下一塊蛋糕。隨后，在大腦信號的操縱下，機(jī)械臂將食物輸送到離嘴最近的位置，方便羅伯特一口吃下。
值得一提的是，為了讓操作者能夠更好地實(shí)現(xiàn)控制，微電極陣列還為操作者增加了“觸感”，以達(dá)到模擬感官的效果。當(dāng)談?wù)摰讲倏丶僦母杏X時，羅伯特這樣描述，“就像有人在握住你的手，在細(xì)砂紙上摩擦手指的感覺?！?
在試驗(yàn)后續(xù)的采訪中，羅伯特還表示，“這種感覺簡直太棒了，非常有成就感，我希望還能用它做更多的事情?！?
腦機(jī)接口技術(shù)其實(shí)已經(jīng)走過了半個世紀(jì)。早在1969年，德裔美國神經(jīng)學(xué)家埃伯哈德·費(fèi)茲就已經(jīng)開始訓(xùn)練猴子利用思考活動觸發(fā)神經(jīng)元，啟動連接神經(jīng)元的儀表盤。這是真正意義上的第一個腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)。
去年夏天，“硅谷鋼鐵俠”馬斯克在新聞發(fā)布會上當(dāng)眾宣布他的公司Neuralink成功在豬腦中植入了腦機(jī)接口芯片在豬腦中植入芯片，可以讀取豬活動時的大腦信號波動，能清楚地看到豬腦的活動軌跡。隨后Facebook也公布了通過腦機(jī)接口讀取大腦中的單詞和短語的最新研究成果，這使得人們對腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)注達(dá)到了一個高峰。
腦機(jī)接口主要分為侵入式和非侵入式兩種。非侵入式指的是無需侵入大腦程序就能工作的接口，它主要是基于腦電圖的原理進(jìn)行工作的。大腦神經(jīng)元內(nèi)的離子電流會引起電壓波動。通過將電極植入到頭皮上，就可以獲得大腦在一定時期內(nèi)的活動信息。
侵入式則需要將設(shè)備植入使用者的顱骨中，這種方式的成本較高，并且始終需要醫(yī)學(xué)專業(yè)人員的輔助，但獲取的神經(jīng)信號的質(zhì)量比較高。一種常用的侵入式腦機(jī)接口方式是使電極板與大腦皮層直接接觸，以測量大腦皮層的電活動。
此次“用意念吃蛋糕”的試驗(yàn)中，采用的是侵入式的實(shí)現(xiàn)方式。值得一提的是，非侵入式的腦機(jī)接口往往只有單輸出通道，這意味著大腦控制只能專注于一件事，而不能并行思考。從這個角度講，侵入式腦機(jī)控制帶來的限制更少，應(yīng)用前景也更廣闊。
科技照進(jìn)現(xiàn)實(shí) 腦機(jī)接口未來如何？
醫(yī)療康復(fù)是目前腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用最主要的方面。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用可以為重癥癱瘓患者提供多種肢體功能的替代，從而減輕身體缺陷對患者生活造成的影響，提高患者的生活能力或改善生活質(zhì)量。
比如，約翰·霍普金斯大學(xué)的意識控制假肢的技術(shù)可以幫助癱瘓和肢體殘缺患者獲得更加獨(dú)立生活能力；Facebook的大腦信息讀取技術(shù)可以幫助一些患阿爾茨海默病和慢性創(chuàng)傷性腦病等疾病而無法進(jìn)行正常溝通的患者更自主地表達(dá)自己的想法；美國公司NeuroPace通過監(jiān)測和響應(yīng)特定的大腦活動以防止癲癇發(fā)作。這些想法一旦實(shí)現(xiàn)，都將是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域了不起的進(jìn)步。
此外，腦機(jī)接口在未來還會有更廣泛的用途。比如約翰·霍普金斯大學(xué)的研究小組就提出了設(shè)想，他們認(rèn)為未來或許可以使用神經(jīng)信號來控制計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)，或者直接用意念控制智能家居。
不過現(xiàn)階段，腦機(jī)接口還是一個很有爭議的話題，對腦機(jī)接口的批判的聲音也很多，更是有很多人將這項(xiàng)技術(shù)比作了“潘多拉的魔盒”。對于這些技術(shù)的一些擔(dān)憂包括：植入大腦的芯片可能會被入侵，從而造成神經(jīng)活動的泄露；解碼人們的精神活動使不法分子能夠了解到人們大腦的活動機(jī)制，從而對人們的情感和活動進(jìn)行操控；對腦電波的錯誤分析會導(dǎo)致人類做出違背意志的行為，從而造成倫理問題等等。這些擔(dān)憂也不無道理。
就像曾經(jīng)的基因編輯、人工智能等很多新興技術(shù)一樣，腦機(jī)接口將為我們打開一扇新世界的大門，但它的發(fā)展過程中也面臨著來自法律、倫理、安全等多方面的挑戰(zhàn)。當(dāng)腦機(jī)接口從科幻片逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，如何正確地使用這項(xiàng)技術(shù)，還需要更多思考。
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