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脑机接口技术已来,侵入式与非侵入式如何选择?

核心提示:人与机器的交流方式发生了翻天覆地的变化,从传统的手工输入到近年来兴起的人工智能语音交互,再到这初露峥嵘的脑机接口技术,实现了直接通过大脑向机器发送指令。

随着科技的发展日新月异,脑机接口技术也从科幻走进了现实之中。

所谓的脑机接口(brain-computer interface,BCI)也被称为“大脑端口”(direct neural interface)或者“脑机融合感知”(brain-machine interface),指的是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路,实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。

这也就意味着,人与机器的交流方式发生了翻天覆地的变化,从传统的手工输入到近年来兴起的人工智能语音交互,再到这初露峥嵘的脑机接口技术,实现了直接通过大脑向机器发送指令。目前的脑机接口技术可以分为两类,一类是侵入式,比如在大脑中植入芯片,还有一类为非侵入式,比如佩戴可以采集脑电波的可穿戴类产品。

近日,“天机芯”登上了《Nature》封面,让类脑芯片急速到达一个新的沸点。而在此前,马斯克、陈天桥、Facebook刚刚把脑机接口的技术推向了热门。

(图源:Nature)

2016年,陈天桥将半生心血盛大公司私有化,砸十亿美金转身投入脑科学研究;一年之后,马斯克创办脑机接口公司Neuralink,让芯片入脑,实现全脑脑机接口,将人类自身打造成人工智能是马斯克的终极目标;同年,扎克伯格在Facebook F8大会上宣布了其一直以来低调的脑机接口计划。

7月中旬,马斯克公布了Neuralink成立两年以来取得的突破性进展。它通过“线(threads)”、“缝线机器人”、“芯片”三者结合,将控制系统塞入头颅之内。首先利用“缝线机器人”使用激光在头骨上钻孔,这种方法微创、无血又安全;然后将独特的芯片植入大脑中的四个位置,其中三个位于运动区域,一个位于感受区域,另外还需在耳后安装外置设备读取来自大脑发出的信号;最后使用一种直径4-6微米、比头发丝还要细的线,把芯片读取的大脑信号传送出来。

按照马斯克的预计,这套设备已经在老鼠上进行了实验,成功地放置了所谓的“线(threads)”的电路,使得动物能够用大脑控制机器,成功率大约有87%,预计在明年第二季度进行人体试验。在马斯克公布其在脑机接口方面的进展后不到半个月,Facebook 也迅速透露了他们在脑机接口(BCI)项目上的新进展。

(Facebook 脑机项目原型机,图片来源:Facebook Reality Labs)

在无需将芯片植入人类的大脑皮层的情况下,利用AR眼镜构建出一个大脑-计算机系统,就能够迅速地读取人类在大脑中构思的单词和短语。实验中,研究人员在几名正接受癫痫治疗的志愿者大脑表面放置一片电极,该电极采用了一种叫做脑皮层电图 (ECoG)的技术,能够直接从大脑暴露的表面记录大脑皮层的信号。

在志愿者回答测试问题的过程中,研究人员通过信号跟踪大脑负责语言和说话的区域,并根据人类发声器官的运动学将这些信息解码成句子。研究人员表明,该系统解码生成和感知这两类语言的准确率分别高达61%和76%。

从上个世纪90年代起,人们就一直在研究如何用意念远程操控物体。近年来,随着人工智能等各项技术的创新和发展,不论是Neuralink的微创接口,还是Facebook的无创接口等,各类基于脑机接口的研究项目也得到了突破性的进展。

一方是为了获取本源大脑信号而正在不断改进的大脑侵入式工艺,另一方是正在投入产业应用的非侵入式算法方案。两种技术流派背后的较量正在暗流涌动。

有一种说法,非侵入式学派认为,侵入式可能在100年内正常人都不会选择接受,因为付出的代价并非每个人所能承受的。首先考虑到的是侵入式脑机接口技术的整个手术周期和过程非常的复杂,且开颅手术也有相当高的风险,另一方面还需要考虑到人体的排异反应,以及植入芯片的寿命终结后还需再次进行手术。

然而,侵入式脑机接口技术学派则认为,大脑有860亿-1000亿个神经元,这些神经元对应无比复杂的神经网络,所以只有获取到本源的信号,才能进行有效地应用。

虽然在技术标准等一类的问题上,存在着这样的不同观点,但是对于未来商业化的应用,脑机接口技术相关的企业、机构也都在探索商用落地的场景。一名脑机行业人士表示,只要是大脑可以控制的产业,都可以成为脑机未来的生意,因此这是一个庞大而充满诱惑力的市场。

此前,清华大学医学院生物医学工程系教授高小榕接受采访时表示,未来,脑机接口技术的应用场景将会非常广泛。第一类是教育,比如训练学生集中注意力。第二类是医疗领域,比如帮助渐冻症患者或残障人士更方便地操控智能设备。第三类是让正常人的能力得到更好发挥,比如用意念操控电脑或开汽车等等。

值得一提的是,就像芯片一样,脑机接口技术也存在一定的“摩尔定律”,其技术性能也将经历阶段性的变革。相信“未来8至10年,脑机接口技术就可以用于普通人。值得指出的是,产品上市销售时间受到监管机构批准,以及各种疾病患者使用效果的影响。”马斯克这样说道。

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