腦機接口會走多遠(yuǎn)

朱涵

腦機接口實現(xiàn)更多的科學(xué)想象，還有待技術(shù)的突破。但可以肯定的是，連接人腦與電腦的步伐正越來越快。

6月中旬，一項來自東南大學(xué)等機構(gòu)的研究表明，科學(xué)家利用非侵入式的腦機接口，實現(xiàn)了用意念控制超材料，并將意念遠(yuǎn)程傳輸。該成果在《光：快訊》發(fā)表后，旋即引發(fā)關(guān)注。

意念控制是影視作品中經(jīng)久不衰的經(jīng)典場景。從中國武俠劇中的御劍飛行，到電影《阿麗塔》中人機融合極為普遍的未來世界，無不折射著人類對通過機器拓展能力邊界的期待。

腦機接口技術(shù)讓意念控制不再止于想象、科幻。據(jù)了解，作為生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的前沿顛覆性技術(shù)，腦機接口歷經(jīng)近50年發(fā)展，已經(jīng)走過科學(xué)幻想和概念驗證階段，正逐漸通過臨床研究應(yīng)用于癲癇等腦部疾病治療，以及讓視障人士“重返”光明，讓殘障人士、癱瘓病人重新獲得運動能力等。

腦機接口實現(xiàn)更多的科學(xué)想象，還有待技術(shù)的突破。但可以肯定的是，連接人腦與電腦的步伐正越來越快。

幻想照進(jìn)現(xiàn)實

腦機接口技術(shù)是一種在腦與外部設(shè)備之間建立通訊和控制通道，用腦的生物電信號直接操控外部設(shè)備，或以外部刺激調(diào)控腦的活動，從而增強、改善和延伸大腦功能的技術(shù)。

該技術(shù)探索始于20世紀(jì)70年代。近50年來，全球不少高校、研究機構(gòu)、企業(yè)等紛紛布局腦機接口，從科學(xué)原理、技術(shù)優(yōu)化、臨床轉(zhuǎn)化、商業(yè)應(yīng)用等方面快速推進(jìn)。

腦機接口之所以令眾多研究者孜孜以求，在于它被認(rèn)為既是神經(jīng)修復(fù)最有效的工具，是目前解決癱瘓、中風(fēng)、帕金森病等患者神經(jīng)功能受損的有效手段，此外它還是全面解析認(rèn)識大腦的核心關(guān)鍵技術(shù)，是國際腦科學(xué)最前沿研究的重要工具。

眾所周知，大腦是人體最復(fù)雜的器官，也是理解自然和人類本身的“終極疆域”。大腦中，1000多億個神經(jīng)元形成100多萬億個神經(jīng)元連接，讓“讀懂”大腦成為世界性難題。

腦機接口的目的之一，即是讀取，乃至“讀懂”大腦信息。

據(jù)了解，腦機接口的技術(shù)流程主要分為采集和解讀腦電波兩步，解讀腦電波是搭建腦機接口系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

受訪專家表示，腦電波的解讀過程非常繁瑣，需要事先在腦信號與思維任務(wù)之間建立映射模型。腦機接口系統(tǒng)則利用映射模型，實時處理在線記錄的腦電信號并將其轉(zhuǎn)化為機器指令，從而控制外部設(shè)備。與此同時，大腦實時接收腦機接口的反饋結(jié)果。

在信號采集方面，根據(jù)腦電信號采集器件是否需要植入人腦，腦機接口可分為侵入式（植入人腦）和非侵入式（覆蓋在頭皮上）兩類。

通常而言，侵入式腦機接口獲取的信號質(zhì)量較高，信號解讀更為精準(zhǔn)。21世紀(jì)以來，隨著神經(jīng)科學(xué)、計算科學(xué)、材料科學(xué)的進(jìn)步，侵入式腦機接口技術(shù)成為全球研究的熱點和難點。

近年，美國匹茲堡大學(xué)、加州理工學(xué)院等多個研究團(tuán)隊已成功通過侵入式腦機接口，讓癱瘓病人用大腦直接控制機械手完成抓握、攪拌動作，將腦電波直接轉(zhuǎn)化成文字和語音等。

國內(nèi)的腦機接口研究也在醫(yī)療健康等領(lǐng)域取得一定成果。2020年，浙江大學(xué)團(tuán)隊完成我國首例侵入式腦機接口的臨床轉(zhuǎn)化研究，一名72歲的高位截癱患者通過腦機接口控制機械臂，重獲進(jìn)食、握手等運動能力。

精度與安全：腦機接口的兩難選擇

腦機接口承載著患者功能康復(fù)、提升生活質(zhì)量等的期望，但其技術(shù)本身仍有諸多需要完善之處。

張建民介紹，腦機接口研究對偏癱、失語患者的臨床治療和康復(fù)具有重要意義，但相關(guān)技術(shù)要真正應(yīng)用到現(xiàn)實生活，還要克服一些技術(shù)瓶頸。比如如何解決植入電極后信號衰減、如何最大限度避免芯片植入對大腦的損傷等。

據(jù)了解，大腦植入電極后一段時間，電極會被膠質(zhì)細(xì)胞包裹，監(jiān)測到的神經(jīng)元活動越來越少甚至消失。美國公開資料顯示，腦機接口最常使用的電極是猶他電極，其植入腦部后的壽命大約在2～5年。此后，若要維持腦機接口功能，就要重新植入電極，這也意味著患者將經(jīng)歷再次手術(shù)的風(fēng)險。

芯片植入對大腦的損傷同樣不容小覷。侵入式腦機接口能深入采集神經(jīng)信號，獲取更多高質(zhì)量腦電信號，但對人體有創(chuàng)傷、排異風(fēng)險高，可能帶來手術(shù)傷害和長期植入風(fēng)險、設(shè)備生理排斥安全風(fēng)險、信號傳輸或軟件算法導(dǎo)致失誤的風(fēng)險等。

如果采用相對溫和、安全的非侵入式技術(shù)路線，則可能很難實現(xiàn)腦電信號的持續(xù)、穩(wěn)定、精準(zhǔn)捕捉。

“如果把人類大腦想象成一個在歌劇院演出的合唱團(tuán)，每一位成員都是一個神經(jīng)細(xì)胞，那么使用非侵入式腦機接口技術(shù)，相當(dāng)于讓觀眾在歌劇院門外聽大合唱，觀眾沒法聽清某一個歌唱家的聲音。”浙江大學(xué)求是高等研究院教授許科帝說。

精度與安全，似乎是腦機接口的兩難選擇——如何在最低限度損傷大腦和最大限度利用大腦之間達(dá)到平衡，是腦機接口技術(shù)的核心挑戰(zhàn)。

誰將擁有大腦信號

人們對腦機接口技術(shù)的猶疑，并不只是人身安全。腦機接口還面臨隱私泄露、操縱思維等法律倫理困境。人們的疑問包括：如果腦機接口設(shè)備被大規(guī)模使用，誰將擁有我們的大腦信號？又有誰有權(quán)讀寫，甚至篡改大腦信號？

研究人員已經(jīng)證實，通過大腦成像和神經(jīng)信號可以判斷思維，進(jìn)而干預(yù)行為。美國科學(xué)家2013年發(fā)表論文稱，可以從大腦活動中推斷出人們的政治觀點，比如區(qū)分民主黨和共和黨。

在商業(yè)領(lǐng)域，一些檢測大腦活動的可穿戴設(shè)備，也已經(jīng)能夠用來追蹤情緒、情感或判斷精神狀態(tài)。例如由美國公司開發(fā)的“XWave”耳機，已被允許插入蘋果手機并讀取腦電波。該產(chǎn)品稱能通過頭骨額頭的表面，檢測微弱的腦波信號，并把這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而探測到注意力和冥想水平。

學(xué)者們擔(dān)憂，腦電信號包含健康狀況、生活經(jīng)歷、財產(chǎn)婚戀、社會關(guān)系、信仰心理等隱私信息，具有“讀心”能力的腦機接口技術(shù)，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)、隱私等的泄露。

此外，腦機接口技術(shù)還可能帶來操縱思維等倫理挑戰(zhàn)。

北京大學(xué)哲學(xué)系教授陳少峰認(rèn)為，通過腦機接口對人的身體、意向、記憶和情感進(jìn)行生理性直接操控而產(chǎn)生的因果性影響是史無前例的，這使從客觀視角甄別自主決策或機器決策成為困難。腦信號的商業(yè)化分析，可能讓企業(yè)得以通過解碼用戶神經(jīng)信號反向操縱用戶的思想傾向和購買選擇等。

陳少峰進(jìn)而表示：“是否仍應(yīng)該讓渡一部分決策權(quán)給腦機接口算法，如何判定行為主體是受自身支配還是受設(shè)備支配？當(dāng)用戶腦信號與機器算法結(jié)果沖突時，最終仲裁者是誰？在道德和法律層面都需要重新界定。”

腦機接口技術(shù)的倫理影響，還包括技術(shù)增強、賦能人類等的邊界探討。

有專家認(rèn)為，腦機接口技術(shù)一旦成熟，人類將擁有一種嶄新的、電子化下的“超級力量”，沒有“外掛”的普通人可能處于競爭劣勢，使社會階層分化加劇。這一數(shù)字鴻溝能被人們接受嗎？

摘編自《瞭望》2022年第35期