新浪科技@如何链接大脑与机器：神奇的脑部芯片未来无限新浪科技2020-08-31 10:01:530阅
出品：新浪科技《科学大家》、未来论坛
主讲嘉宾：默罕默德·萨万 ， 西湖大学讲席教授 ， 加拿大工程院院士、加拿大工程院院士IEEE Fellow
上周末 ， 马斯克发布了脑机接口新设备Neuralink ， 只需在头皮上多一个小小的创口 ， 通过一个硬币大小的设备就能给自己植入属于大脑的Fitbit ， 可以通过手机APP直接控制 。 目前这个设备已经在小猪身上实验成功 ， 并且已经获得FDA人脑实验批准 。 未来这一设备很有可能除了帮助残障人士控制义肢外 ， 还能用来对抗癫痫、重度抑郁、自闭症、阿尔兹海默症、帕金森综合征等神经疾病难题 。
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图1/15不少网络用户表示这样链接大脑与机器的技术 ， 几乎是科幻影视作品照进现实 。 实际上此类技术早在2008年就已经在动物试验中获得过成功 ， 不论什么样的外观和路径 ， 如何将大脑中的“意念”转化为机器能够识别的指令并实现传输 ， 都是此类技术绕不过去的一环 ， 这也一直都是科学家们寻求突破的要点 。
其实不久前 ， 真人版“阿丽塔”就曽登上过微博热搜 。 这是一位来自英国的少女Tilly ， 在一岁时因患败血症被截掉双臂 ， 但12年后她成了英国的第一个拥有仿生手臂的人 。 机械臂内置有肌肉传感器 ， 所以Tilly可以通过“意念”轻松控制机械手指的各种动作和运动模式 。 通过使用机械手臂 ， Tilly可以实现生活自理 ， 甚至成为了一名美妆博主 。 虽然机械臂的灵活程度还有待提高 ， Tilly在帮朋友化妆时偶尔会发生睫毛膏戳到眼睛的事故 ， 但Tilly依旧非常喜欢酷炫的机械手臂 。
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图2/15实际上 ， Tilly使用的此类智能仿生义肢已经在全球范围内有不少的成功的应用案例 ， 随着技术的革新和发展 ， 研究人员们也在寻求着功能更加完备的仿生手段 ， 比如除了能够完成日常动作之外 ， 还要有更高的灵敏度和灵活度 ， 甚至是触觉 。
而对于那些不仅仅是失去肢体的某部分 ， 而是神经系统受到严重损伤的患者 ， 通过肌肉和末梢神经进行仿生义肢控制的方式是远远不够的 。 它们需要能够链接大脑的技术来向其发出指令 ， 明确用户/患者的需求或提供反馈 。 这样的神经接口需要具有高准确度 ， 并且长期稳定、安全可靠 。
“脑机”研究发展史
1924年 ， 德国精神科医生汉斯·贝格尔发现了脑电波 。 人们才发现原来人的意识被转化为电子信号后是可以被读取的 。 自此 ， 脑机接口研究便已经萌芽 ， 但直到上世纪六七十年代 ， 这些技术才初现雏形 。
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图3/151969 年 ， 一位名叫埃伯哈德·费兹的研究员将猴子大脑中的一个神经元连接到了仪表盘 。 当神经元被触发的时候 ， 仪表盘的指针会转动 。 如果猴子通过某种思考方式触发该神经元 ， 让面前这个仪表盘的指针转动起来 ， 就能得到一颗香蕉味的丸子 。 在香蕉丸子的诱惑下 ， 猴子开始擅长这个游戏 。 这只通过训练学会了控制神经元触发的猴子 ， 偶然地成为了第一个真正的脑机接口被试对象 。 次年 ， 美国国防高级研究计划局（DARPA）开始组建团队研究脑机接口技术 。
90年代末 ， 脑机接口研究迎来新浪潮 ， 1999年和2002年先后有两次BCI国际会议召开 ， 并且此前已经有了通过手术将芯片与人脑连接 ， 通过大型主机远程控制其他设备的成功案例 。
同一时期 ， 科幻电影《黑客帝国》上映 ， 其中就有在脑后插入电缆后传输知识、控制设备甚至改变现实的情节 ， 这在当年已经不是脑洞大开的幻想了 ， 而是基于既有研究的合理想象 。
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图4/15事实上 ， 在大脑里 ， 我们已经拥有很多可以实现的技术了 ， 与此同时还有很多新的可能性在不断地发生 。 除了控制义肢 ， 将大脑信息传输至外部还能做到更多 ， 而植入性技术将帮助我们做到这一点 。
我们可以通过植入性的新技术来治疗一些难治的脑部相关疾病 ， 这些疾病包括视力损失、听力损失、癫痫 ， 还有我们所熟悉的一些比较可怕的疾病 ， 包括帕金森症、抑郁症等 ， 还有一些疾病会导致人体瘫痪 。 研究人员们希望能通过神经元的修复 ， 把这些信号进行有效的传输 ， 并且通过机器来进行很好的控制 。
研究人员们希望能把这种技术运用到大脑之中 ， 在大脑中可以接收这些信号 ， 通过植入可刺激神经的芯片 ， 来将其和脊柱神经元联系在一起 ， 用以恢复大脑和身体的功能 。 研究人员已经在猴子身上进行了这样的实验 ， 希望能通过传感器和处理器、可穿戴设备 ， 能从外部促进听力、视觉恢复的机器 ， 植入到体内 ， 促进大脑功能的恢复 。
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图5/15人的大脑和机器的界面叫做人脑机器界面 ， 新的技术也已经在医疗实践中付诸应用 ， 不管是什么样的设备 ， 包括像治疗癫痫的设备 ， 生物传感器都可以进行很好的植入和应用 。
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