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近年來，腦機接口(BCI)的概念在科技界，尤其是電子圈和醫療圈非常火爆；它已經成為當今世界的熱門技術，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，三者的結合，將大腦的信息通過適當的接口技術來讀取，并操控外部設備的動作；這些外部設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。當前對腦機接口技術的開發已走出實驗室，并進入初步應用階段；如何讓這門技術服務于社會，推動它的廣泛應用，是當前研究的熱點。目前，腦機接口技術已經成為了全球各國科技競爭的戰略高地之一；這項技術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，從而創造巨大的經濟乃至社會的價值。 讓我們先來回顧一下腦機接口發展的簡要歷程。1929年德國精神病學家漢斯·貝格爾先生發表的第一篇有關腦電圖的文章，開啟了人類對大腦活動的研究歷史；1977年，美國加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾先生通過提取視覺誘發電位，完成了通過腦電對屏幕上光標樣物體的控制，這是腦機接口技術最早的實驗室實現形式，也意味著該技術從科學幻想階段進入了科學研究階段。從上個世紀90年代開始，腦機接口技術的研究不斷取得新進展和新成果；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年世界杯的第一球，更是為腦機接口技術的研究與應用揭開了嶄新的一頁。 腦機接口技術是腦機結合的新發展方向，是實現人類與機器共生的技術；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：前者為有創技術，需要把電極芯片裝入大腦，或把計算機設備裝在人體里，實現混合的人類和電子系統；后者為無創技術，只要貼上電極芯片并從大腦外采集信號，就能夠實現對外部設備的控制。有關專家認為，這兩類都各有優劣。腦機接口技術的發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，腦機接口技術將增強人類的感知和社交能力。 腦機接口技術目前主要應用于醫療康復領域，它在未來將得到進一步發展，應用領域也在不斷擴大。腦機接口技術具有復雜成型、高精度、個性化等突出優勢，可為創新植入醫療器械的研發制造、體外組織模型或活體組織構建提供重要的研究和工程手段。前不久，當今世界首富、美國實業家及工程師埃隆·馬斯克先生表示，由他創立的腦機接口公司(Neuralink)很快就完成人類大腦植入，原則上可以修復任何大腦問題，包括提升視力和聽力、恢復肢體功能、治療老年癡呆癥和漸凍癥等。他還表示，腦機接口技術有可能刺激人體內釋放出血清素、催產素等化學物質，發揮了神經元的作用。馬斯克先生的宣布，徹底引爆了外界對于腦機接口技術的關注。 眾所周知，人類大腦擁有至少1000億個神經元；這些神經元又構成10^15個神經聯接，將復雜相連的神經首尾相接，總長度超過18萬公里。如此復雜的網絡性讓人類擁有了智慧，探究大腦卻成為了全世界科學家努力抵達的“終極疆域”；隨著以人工智能技術為核心的第四次技術革命深化發展，腦機接口技術已經成為美國、歐盟、日本、韓國、中國、澳大利亞等國家優先支持發展的創新型技術之一。例如，由美國佐治亞理工學院領銜的國際研究團隊，最近用腦科學技術和電子技術結合在一個腦機接口系統中，用戶可以通過想象一個動作，來無線控制輪椅或機械臂；該系統對用戶的主要優勢是柔軟舒適，并且沒有電線影響，具有靈活性和實用性。 腦機接口技術是多學科交叉融合的研究領域，涉及電子工程、醫療工程、人工智能、材料科學、神經科學、認知科學、生物學、心理學等眾多學科，其發展得益于它門的進步。以神經科學為例，腦機接口技術正成為研究神經科學基本問題的重要途徑；基于運動范式的腦機接口技術有助于闡明感覺運動控制的神經機制，進而又可以依據新的科學發現來改進腦機接口技術的設計；通過腦機接口技術可以部分重塑大腦功能，為研究大腦可塑性、學習、記憶、情緒等問題的神經機理提供幫助。腦機接口技術也為認知科學和心理學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、行為等研究中發揮作用。 可見，腦機接口技術既能通過測量和提取人腦中樞神經系統信號，實現對外部設備的操控，也能通過外部設備對神經系統的刺激和神經反饋，實現對中樞神經系統的調控，使得人腦與外部設備之間形成具有神經反饋調控的閉環系統，實現人機或腦機的智能融合，并使我們能夠更好地理解、增強、改善或恢復中樞神經系統及其與外界的交互作用，因而目前在醫療康復、航空航天、智能家居、智慧商業、軍事、教育、娛樂等多個領域有著廣泛應用。未來，腦機接口技術將應用到更多領域，發展前景值得我們期待；就像國際知名學者周海中先生曾經說過的那樣：“在21世紀初葉，腦機結合時代即將到來；屆時，人類文明的進程將會大大加快。” 文/洪濤、奧托·麥克（作者單位：美國佐治亞理工學院） |
