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腦機接口將為人類帶來什麼好處
怎樣才能突破身體的限制用意識與萬物相連﹖在《西遊記》中孫悟空擁有憑借意念隔空取物的超能力。如今﹐腦機接口技術可以建立大腦與外部設備的直接通信幫助人類實現從「手到擒來」到「心想物來」。
近日﹐美國企業家埃隆·馬斯克宣佈﹐他的腦機接口公司完成了向人體移植腦機接口設備的工作﹐意在幫助癱瘓患者用意念控制電腦。與此同時清華大學醫學院團隊和首都醫科大學宣武醫院團隊聯合宣佈﹐他們已經成功完成全球首例無線微創腦機接口臨床試驗。這項臨床試驗讓一位因車禍造成脊髓損傷﹑四肢癱瘓長達14年的患者在術後進行3個月的康復訓練後通過腦電活動控制氣動手套完成了自主喝水等日常活動其抓握準確率超過90%。
這些案例表明腦機接口技術正實現從動物實驗到人體移植的跨越。當前腦機接口技術正處於技術爆發期﹐目前主要應用在幫助神經性癱瘓患者改善運動﹑交流﹑感知功能上。腦機接口是什麼﹖它處在怎樣的發展階段﹖前景如何﹖需要從哪些方面規範這一技術﹖帶著這些問題﹐科技日報記者採訪了腦機接口領域的專家。
腦機接口是在大腦與外部設備之間創建信息通道﹐實現兩者之間直接信息交互的新型交叉技術。它通過記錄裝置採集大腦神經活動利用機器學習模型等對神經活動進行解碼﹐解析出其中蘊含的主觀意圖等信息並基於這些信息輸出相應指令﹐操控外部裝置實現與人類主觀意願一致的行為。此外﹐它還能接收來自外部設備的反饋信號構成一個交互式的閉環系統。
腦機接口的發展與腦科學的發展息息相關。20世紀20年代德國精神科醫生漢斯·貝格爾首次記錄到人的腦電波。從此﹐腦電波監測被運用於臨床實踐中。1969年美國華盛頓大學醫學院利用猴子進行腦電生物反饋的研究﹐這標誌著腦機接口技術開始成形。1998年美國布朗大學約翰·多諾霍博士及所在團隊﹐將電腦芯片和人腦連接使人腦能對其他設備進行遠程控制。
近年來﹐隨著生物醫學﹑通信和人工智能等領域技術水平的顯著提升﹐腦機接口技術實現了跨越式發展。目前利用腦機接口控制電腦﹑機械臂等技術已經較為成熟。不少國家和地區已從國家戰略層面對腦機接口進行了頂層設計。美國於2013年發佈「美國創新性神經技術大腦研究計劃」﹐歐盟於2013年啟動「人類腦計劃」﹐日本於2014年發佈「日本大腦研究計劃」。此後中國也發佈了「腦科學與類腦科學研究」﹐即「中國腦計劃」。
根據腦電信號獲取的方式﹐腦機接口可分為侵入式﹑非侵入式和介入式三種。馬斯克的公司採用的技術路線是侵入式腦機接口﹐通過開顱手術放入電極接觸神經元細胞﹐實現腦電信號的獲取及解碼。南開大學人工智能學院研究人員表示﹕「侵入式腦機接口屬於有創傷植入﹐技術難度大﹐存在繼發感染的可能性。一旦發生顱腦感染﹑電極出現故障或電極壽命結束﹐需將電極取出﹐否則會對人腦造成二次損傷。並且隨著植入時間延長﹐電極被結締組織包裹﹐信號有可能逐漸衰弱甚至消失。」。
非侵入式腦機接口在頭皮外側以無創的方式採集腦信號﹐在商業化場景中潛力巨大﹐正朝著低成本﹑便攜化﹑多元化方向發展。強腦科技合夥人兼高級副總裁說﹕「用戶要的是效果﹐要求腦機接口做到功能強大﹑簡單易用。非侵入式腦機接口的技術特性剛好能夠滿足用戶的這一需求。但這種方式獲取的腦電信號較為微弱﹐因此需要強大的信息解碼能力﹐否則解析的腦電信號會偏離用戶真實意圖。」。
介入式腦機接口指通過介入手術將電極等信號記錄裝置從血管導入到特定腦區﹐是一種低傷害﹑高精度﹑高通量腦內神經信號採集的腦機接口技術。2023年研究團隊牽頭的全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗獲得成功。儘管目前腦機接口仍處於起步階段﹐但依然在醫學上表現出強大的生命力。腦機接口可以成為連接癱瘓患者大腦和外部「軀幹」的橋樑﹐幫助他們用意念取物。同理﹐腦機接口也可以使殘疾人的假肢更精準地執行大腦指令。由於血腦屏障的存在﹐大部分藥物難以通過血管進入大腦﹐傳統藥物對於治療抑鬱症﹑帕金森病等疾病效果微弱。腦機接口技術通過對神經核團的直接調控干預﹐或可在腦部疾病治療方面起到意想不到的效果。2020年起上海瑞金醫院研究團隊陸續嘗試對26位患者使用腦機接口技術治療抑鬱症。再如﹐治療帕金森病時可以使用電極刺激大腦中的運動神經﹐遏制大腦的異常放電﹐緩解帕金森病人的顫抖等症狀。作為一項交互性技術﹐腦機接口技術既可以獲取人腦的信息﹐又可通過侵入或非侵入式的技術手段對人腦施加影響。這樣一來人類能通過腦機接口﹐從曾經不夠瞭解的大腦區域獲得更多數據﹐進而推動腦科學的迅速發展。
在日常生活中﹐商業公司正在嘗試將腦機接口運用於發掘人腦潛力。研究人員認為﹐腦機接口設備能夠實時讀取腦電信號﹐再通過軟件及時給予視覺﹑聽覺反饋。運動員就可以通過非侵入式腦機接口訓練專注力。「腦機接口是一項萌芽技術又涉及到計算機﹑醫學﹑機械等多種學科﹐我們需要給腦機接口研究更多時間﹑更多寬容。」研究人員言。
目前﹐對於意識﹐科學家並沒有完全探索清楚。因此基於腦科學研究發展起來的腦機接口技術﹐距離真正實現大腦與萬物互聯還有很長的路要走。當這一天真的到來時﹐一方面﹐人們可以將互聯網作為容量無限的外置大腦﹐直接獲取人類積累的全部知識﹐所思所想也可以實時上傳﹑備份。這將徹底顛覆人與世界的互動方式。但另一方面﹐當思想可以被讀取﹑上傳時﹐因此帶來的隱私問題也成為人類必須面對的難題。
作為一項新技術﹐腦機接口需要政策的規範。今年1月工業和信息化部等七部門聯合印發《關於推動未來產業創新發展的實施意見》﹐公佈了未來產業十大創新標誌性產品﹐「腦機接口」位列其中。意見明確要「突破腦機融合﹑類腦芯片﹑大腦計算神經模型等關鍵技術和核心器件﹐研製一批易用安全的腦機接口產品﹐鼓勵探索在醫療康復﹑無人駕駛﹑虛擬現實等典型領域的應用」﹐這為腦機接口的發展指明了方向。2月國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會研究編製了《腦機接口研究倫理指引》﹐指出「腦機接口研究應適度且無傷害﹐研究的根本目的是輔助﹑增強﹑修復人體的感覺—運動功能或提升人機交互能力」。
千年前﹐李商隱寫下「身無綵鳳雙飛翼﹐心有靈犀一點通」。如今﹐腦機接口正在連接大腦與萬物﹐突破身體的限制﹐將「心有靈犀」的邊界拓展至無限。
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