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红杉汇|靠“意念”就能行动，脑机接口是怎么做到的？| 红杉爱科学( 二 )


沉寂了将近40年 ， BMI技术才在20世纪90年代末和21世纪初迎来第一轮的研究高潮 。 新兴科技公司成立 ， 科学家们的研究对象除了白鼠和猴子 ， 也出现了像比尔一样的患者 。 上世纪90年代 ， 美国的尼柯莱利斯教授训练大鼠用意念来喝水 。 大鼠是用前爪压动杠杆来喝水的 ， 尼柯莱利斯教授检测到和这一动作有关的脑内46个神经元 ， 并且通过电极把这46个神经元的兴奋连接到自动出水的机器上 。 只要这46个神经元兴奋 ， 机器就会工作 ， 水就会自动流出来 ， 大鼠只要“想一想”就有水喝 。 1998年 ， 一位名叫约翰尼·雷的中风病人接受了电极植入手术 。 手术前他不能动、不能说话 ， 连呼吸都要通过插管来维持 。 手术将阵列电极插入他控制左手的皮层运动区 ， 当他想象左手的运动时 ， 神经元的兴奋通过电极引导出来 ， 支配计算机屏幕上光标的运动 。 2005年 ， 美国有脑机接口公司获得FDA批准 ， 在9位病人身上进行了运动皮层的脑机接口临床实验 。 四肢瘫痪的Matt Nagle成为第一个用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人 。 通过植入脑中的电极阵列 ， 他仅凭借运动意念就能完成机械臂和电脑光标的移动 。 这也是全球首个用侵入式脑机接口来恢复部分运动的成功案例 。 脑机接口成为瘫痪 ， 癫痫、失明、帕金森、阿兹海默等绝症病人的救命稻草 。 当癫痫病人发作时 ， 植入其脑中的装置将发送脉冲来抑制神经元的冲动 ， 缓解患者的痛楚 。而当盲人的脑中植入电极阵列时 ， 视网膜会收到刺激产生感觉 ， 能够在有限的视野内看到低分辨率的点阵图像 。 在2002年 ， 接受这项研究的患者甚至能够在研究中心附近驾车慢行 。 2014年的巴西世界杯开幕式上 ， 一名高位截瘫患者通过控制穿戴的机械外骨骼 ， 为世界杯开出第一球 。 此事在世界各地广为流传 ， 成为BMI研究的里程碑 。 早在8年前 ， 浙大团队通过在猴子脑中植入微电极阵列 ， 让猴子能通过“意念”控制机械手臂 。 两年后 ， 这个实验在志愿者身上也成功突破 。 2018年 ， 清华团队的脑机接口系统则让一个全身瘫痪、无法说话 ， 仅剩下眼周围能活动的渐冻患者登上了央视《挑战不可能》的舞台 ， 完成了“读诗”挑战 ， 并借助脑机接口打字系统 ， 用“意念”控制机器 ， 打出诗句“希望 ， 而且为之奋斗 ， 把这一切放在你的肩上” 。 这一幕给无数国人留下深刻印象 。今年1月 ， 浙大团队发布了一则视频 ， 一名高位截瘫的病人通过“意念”控制外部机械臂及机械手完成了握手、拿饮料、吃油条和打麻将等一系列复杂动作 。 值得一提的是 ， 这也是全球首例成功利用手术机器人辅助方式完成人体电极植入手术的案例 。 3
脑科学已成为无可争议的前沿科技阵地 ， 科学家们正争分夺秒地冲锋陷阵 。 不过 ， 热切关注脑机结合的人们短期内还得保持冷静 。 因为人脑的复杂超乎想象 。 大脑中有1000亿个神经元 ， 这相当于宇宙中星系的数量 。 每个神经元都有着跟洛杉矶一样的复杂程度 。 一根神经元还连接了一万根神经元 ， 这就形成了500万亿条链接 。 它们以人类无法理解的速度互相交流 ， 并发出电子信号 。 当我们双眼正在阅读文章时候 ， 屏幕散发的光子会进入视网膜 ， 刺激皮质枕叶中的神经元 ， 让这些文字形成的图像进入思维 。 紧接着这幅图像会刺激到另一部分神经元 ， 用以解读图像中包含的信息 。 像这样的输入与输出正是大脑神经元的工作 。 脑机接口要做的便是介入到这个过程中 。 但以目前的技术 ， 工程师们既难以精准捕捉到大脑输出的信号并准确解读出背后意图 ， 也难以将机器采集到的信息完美地输入到相应功能的神经元上 。 现有的非侵入式设备往往难以获得准确的脑部信号 ， 而捕捉信号能力较强的侵入式设备的安全性却难以验证 。 2014年 ， 美国67岁的神经外科医生Phil.Kennedy为了不让自己二十多年的研究功亏一篑 。 选择切开自己的头颅 ， 在大脑中植入电极 ， 从自己的大脑中收集数据 。 第一场手术醒来之后 ， Kennedy暂时失去了说话的能力 ， 历时12小时的手术导致他血压激增 ， 短期内瘫痪 。 仅仅过了半年 ， 他就不得不求助医生将植入的设备取出 。 也许在未来这些技术难题都能被一一克服 ， 人类可以实现脑波交流、思维共享等一系列科幻电影中的场景 ， 可随之而来的伦理问题难免成为隐患 。有人认为 ， 脑机接口技术让操纵思维成为可能 ， 进而操纵人的意识 。 2019年5月份 ， MIT发表了一篇文章 ， 引发整个神经科学界的恐慌 。 3位研究人员利用自己创建的人工神经系统成功控制了猴子神经系统的活动 。 无论人类有没有准备好 ， 在汉斯.伯格第一次记录下脑电波的那一刻 ， “盒子”就已经开启 。 不过 ， 正如火车和电力发明之初 ， 世人亦会恐慌和担忧一样 ， 技术的进步总是伴随争议 ， 可时间最后都会给出正确答案 。 毕竟 ， 人类的一切智慧是包含在这四个字里面的——“等待”和“希望” 。 互动送好礼


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