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脑机接口：挑战在于非侵入地准确读取脑内信号，又如何传回脑内


“重点在于如何形成一个“closed-loop”（闭环） ， 这也是大家一直在做的 ， 但是现在无论是神经假肢还是机器人 ， 打造一个 closed-loop 的前提是具备 sensor（传感器）和 stimulator (刺激器) 以及 motor（运动元件） ， 实现感知能力输入和运动信号输出同时兼备 ， 而这一过程十分复杂 ， 仍有很多问题需要解决 。 ”
美国斯坦福大学博士后李金星 ， 目前的主要研究方向为微纳机器人和柔性电子器件 。 通过对神经假肢的研究 ， 李博士“基于自己有限的理解” ， 从科技难题、发展现状和未来预判三个角度 ， 向生辉揭示了一个属于脑机接口技术进展的真实世界 。
“对于整个领域来说 ， 每一个具体的功能的实现都有正在面临的挑战 ， 但通常来讲 ， 挑战最大的工作还是如何用不需要做手术的、非侵入式植入装备去读取准确的大脑内的信号 ， 又怎样把信号精确的传送到脑内 。 ”李博士认为 。 “毕竟没有人愿意轻易去做一次‘开颅’手术 。 ”
谈到相关技术的未来发展 ， 李博士也给出了自己的判断 ， “非侵入式设备的设备若想达到侵入式设备的水平 ， 等可能需要十年左右的发展时间 ， 而这也只能读出人脑的部分脑活动 ， 若想收集且读出全部的信号 ， 可能需要 20 年的时间甚至更久 ， 当然 ， 类似例如植入型视网膜等无需开颅手术、对特定部位能起到功能性调节的设备 ， 在未来五年之内可能都会有比较大的进展 。 ”李博士谈到 。
“但大前提是 ， 目前仍然没有一种革命性技术出现 ， 即使是 Elon Musk ， 也没能翻越脑机接口技术难题的‘珠穆朗玛峰’ 。 ”
李金星博士也是《麻省理工科技评论》第 19 届 35 Innovators Under 35 ， 即 2019 年度全球 “35 岁以下科技创新 35 人” 中 8 位入选华人之一 。
前景巨大 ， 技术挑战仍存
“一个人被科学家施行了手术 ， 他的脑被从身体上切了下来 ， 放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中 。 脑的神经末梢连接在计算机上 ， 这台计算机按照程序向脑传送信息 ， 以使他保持一切完全正常的幻觉 。 对于他来说 ， 似乎人、物体、天空还都存在 ， 自身的运动、身体感觉都可以输入 。 这个脑还可以被输入或截取记忆（截取掉大脑手术的记忆 ， 然后输入他可能经历的各种环境、日常生活） 。 他甚至可以被输入代码 ， ‘感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字 。 ”
——“Brain in a vat（缸中之脑）” ， Hilary Putnam ， 《理性 ， 真理与历史》（Reason、Truth、and History）
哲学家提出 “缸中之脑” 的思想实验探究人的终极问题 ， 在如好莱坞大片的大众媒介中类似的场景也反复出现 。 在电影《源代码》中 ， 男主的大脑皮层植入了刺激装置 ， 在信号模拟构建的虚拟环境中 ， 一次次的进行找出火车炸弹怪客的任务 。
【脑机接口：挑战在于非侵入地准确读取脑内信号，又如何传回脑内】脑机接口：挑战在于非侵入地准确读取脑内信号，又如何传回脑内
本文插图

图丨电影《源代码》剧照（来源：IMDB）
科幻作品中 “黑科技 ” 在现实中也有属于自己的名字——脑机接口（brain-computer interface ， BCI） 。 脑机接口通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息 ， 构建大脑与外部世界的直接信息传输通路 ， 在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等领域有广泛的应用前景 。
早在个人电脑都还没诞生的 1969 年 ， 华盛顿大学的一位神经科学家就已经成功的将猕猴的大脑与机械相连 ， 让猕猴能够通过特定的大脑活动直接打开仓库的大门 ， 获取到自己想要的食物 。
在那之后 ， 脑机接口研究汇集了全世界工程学、心理学、计算机科学和神经生物学界最杰出的科学家 。 近 50 年后的 2017 年 ， 特斯拉的创始人 Elon Musk（埃隆 · 马斯克）公开表示 ， 自己名下的 Neuralink 公司将会在未来几年内实现脑机接口的商业应用 。


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