腦機(jī)接口技術(shù)簡介:
腦機(jī)接口，它是在人或動物腦與外部設(shè)備間建立的直接連接通路。
按照傳輸模式分為單向接口和雙向接口：在單向腦機(jī)接口的情況下，計(jì)算機(jī)接受大腦傳來的命令，或者發(fā)送信號到大腦，但不能同時發(fā)送和接收信號。而雙向腦機(jī)接口允許大腦和外部設(shè)備間的雙向信息交換。
按照接入方式分為“侵入式”和“非侵入式”。侵入式腦機(jī)接口需要通過開顱手術(shù)或者鉆透顱骨將腦電傳感器植入腦內(nèi)，可能會導(dǎo)致患者大腦的長期炎癥。非侵入腦機(jī)接口雖然對人沒有傷害，但是腦電信號微弱，識別準(zhǔn)確率和實(shí)時性受限。
腦機(jī)接口的概念最先于1973年提出。
2006年，布朗大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)完成首個大腦運(yùn)動皮層腦機(jī)接口設(shè)備植入手術(shù)，能夠用來控制鼠標(biāo)。
2008年，匹茲堡大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家宣稱利用腦機(jī)接口，猴子能用操縱機(jī)械臂給自己喂食——這標(biāo)志著該技術(shù)發(fā)展已經(jīng)容許人們將動物腦與外部設(shè)備直接相連。
2012年，腦機(jī)接口設(shè)備已能夠勝任更復(fù)雜和廣泛的操作，得以讓癱瘓病人對機(jī)械臂進(jìn)行操控，自己喝水、吃飯、打字與人交流。
2014年巴西世界杯開幕式，高位截癱青年Juliano Pinto在腦機(jī)接口與人工外骨骼技術(shù)的幫助下開出一球。
2016年，Nathan Copeland用意念控制機(jī)械手臂和美國總統(tǒng)奧巴馬握手。
2019 年 1 月，Chmielewski 作為約翰斯·霍普金斯大學(xué)一項(xiàng)腦機(jī)接口研究的參與者，通過一次長達(dá) 10 小時的手術(shù)，將六個微電極陣列（MEA）植入大腦兩側(cè)。隨后，研究者一直試圖通過不斷的改善和訓(xùn)練，讓他獲得同時控制兩個假肢的能力。
2020年8月29日，埃隆·馬斯克自己旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink舉行發(fā)布會，找來“三只小豬”向全世界展示了可實(shí)際運(yùn)作的腦機(jī)接口芯片和自動植入手術(shù)設(shè)備。
2022年3月，中國神經(jīng)外科領(lǐng)域的一項(xiàng)新突破，腦機(jī)接口柔性電極技術(shù)在世界頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上發(fā)表。這項(xiàng)突破是一種腦機(jī)接口柔性電極技術(shù)，由首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院研發(fā)，是提高手術(shù)精準(zhǔn)度、保護(hù)神經(jīng)功能的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)將僅有2微米大小的電極點(diǎn)組成的新型柔性電極，通過手術(shù)放到大腦上，幫助醫(yī)生更精確“看”到大腦內(nèi)部神經(jīng)等，從而最大限度保護(hù)大腦功能。
2022年6月25日，我國自主研發(fā)的國內(nèi)首款介入式腦機(jī)接口完成動物試驗(yàn)。
馬斯克腦機(jī)接口芯片發(fā)布會：
太平洋時間2020年8月28日15:40（北京時間8月29日上午6:40），埃隆·馬斯克（ElonMusk）旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink舉行發(fā)布會，展示了最新的可穿戴設(shè)備 LINK V0.9 和手術(shù)機(jī)器人，并通過現(xiàn)場的三只小豬和實(shí)時神經(jīng)元活動演示，展示了Neuralink 腦機(jī)接口技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程。
在Neuralink的發(fā)布會上，馬斯克介紹了兩個設(shè)備。一個是只有硬幣大小，擁有1024個信道，可以置于顱骨內(nèi)側(cè)，讀取腦神經(jīng)活動信息，實(shí)時無線傳輸腦電波數(shù)據(jù)的芯片，幾乎可以在白天使用一整天后，晚上進(jìn)行充電；另一個是一臺可以避開血管，在顱骨上開一小孔，將芯片快速、精準(zhǔn)植入預(yù)定位置的外科手術(shù)機(jī)器人，手術(shù)機(jī)器人能夠發(fā)射脈沖，完成開顱、植入感受器、黏合等所有步驟，整個過程都是全自動的。機(jī)器人可以對大腦進(jìn)行圖像識別，避免對大腦的潛在傷害，尤其是對神經(jīng)元的傷害。
在發(fā)布會現(xiàn)場，馬斯克展示了3只小豬，它們是腦機(jī)接口手術(shù)的對照組。腦機(jī)接口系統(tǒng)有三千多個電極，可以監(jiān)測一千多個神經(jīng)元，通過外科手術(shù)植入大腦。當(dāng)小豬在場地中行走時，其腦電波信號通過腦機(jī)接口設(shè)備傳輸?shù)酱笃聊簧希詧D像+聲音的形式十分直觀地展示了出來。
6月25日，我國自主研發(fā)的國內(nèi)首款介入式腦機(jī)接口在北京成功完成動物試驗(yàn)。
本次試驗(yàn)是國內(nèi)首次在羊腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)介入式腦機(jī)接口，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導(dǎo)管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機(jī)接口對腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端，填補(bǔ)了國內(nèi)介入式腦機(jī)接口領(lǐng)域空白。
段峰團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)的介入式腦機(jī)接口技術(shù)只需要通過類似心臟搭橋的微創(chuàng)手術(shù)便可實(shí)現(xiàn)腦機(jī)連接。團(tuán)隊(duì)采用治療中風(fēng)的神經(jīng)介入技術(shù)，通過靜脈將腦電傳感器植入大腦運(yùn)動皮層、視覺皮層等腦區(qū)后，神經(jīng)支架膨脹，將電極擠壓在靠近大腦的血管壁上，從而獲取相應(yīng)腦區(qū)信號。這一技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要顱骨鉆孔或開顱手術(shù)即可獲得腦電信號，整個手術(shù)植入過程可在兩小時內(nèi)完成。
此次試驗(yàn)的腦電極植入術(shù)，由河北工業(yè)大學(xué)教授張建華團(tuán)隊(duì)研發(fā)的介入機(jī)器人輔助完成。該機(jī)器人采用主從操作方式，由首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師馬永杰在主端操作，成功完成了部分血管造影。試驗(yàn)最終在羊腦血管內(nèi)完成了傳感器植入，并成功采集到了腦電信號。
腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用：（主要醫(yī)用）
替代：腦機(jī)接口系統(tǒng)的輸出可能取代由于損傷或疾病而喪失的自然輸出，如喪失說話能力的人通過腦機(jī)接口輸出文字，或通過語音合成器發(fā)聲。以已故著名物理學(xué)家霍金為代表的脊髓側(cè)索硬化癥患者，以及重癥肌無力患者、因事故導(dǎo)致高位截癱的患者等重度運(yùn)動障礙患者群體。
恢復(fù)：腦機(jī)接口的輸出可以恢復(fù)喪失的功能。如人工耳蝸已經(jīng)幫助數(shù)十萬失聰病人恢復(fù)聽力，人工眼球可以幫助失明病人重新看見東西等。
改善：例如針對康復(fù)領(lǐng)域，對于中風(fēng)病人，腦機(jī)接口可以從受損的皮層區(qū)采集信號，然后刺激肌肉或控制矯形器，改善手臂運(yùn)動。癲癇病人的大腦會出現(xiàn)某個區(qū)域的神經(jīng)元異常放電，通過腦機(jī)接口技術(shù)檢測到神經(jīng)元異常放電后，可以對大腦進(jìn)行相應(yīng)的電刺激，從而減少癲癇發(fā)作。運(yùn)動想象腦機(jī)接口在針對自閉癥兒童的康復(fù)訓(xùn)練中正在承擔(dān)重要的角色。通過讓這些兒童參與基于自身感覺運(yùn)動皮層激活程度強(qiáng)弱實(shí)時反饋的游戲項(xiàng)目，可以提升他們對感覺運(yùn)動皮層激活程度的自我控制能力，從而改善自閉癥的癥狀。類似的腦機(jī)接口神經(jīng)反饋訓(xùn)練范式也有望在多動癥、抑郁癥等治療中發(fā)揮積極作用。
增強(qiáng)：主要是針對健康人而言，實(shí)現(xiàn)機(jī)能的擴(kuò)展。在工程心理學(xué)領(lǐng)域，機(jī)動車駕駛員、飛行員、航空空中交通管制員等特殊作業(yè)崗位人員的認(rèn)知負(fù)荷、疲勞程度等狀態(tài)對于作業(yè)績效、工作安全都十分重要。腦機(jī)接口所提供的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)為工作管理提供了重要的客觀依據(jù)，能夠更好地保證人員安全和工作績效。
補(bǔ)充：對于控制領(lǐng)域，除了手控的方法之外還可以增加腦控方式，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)控制，這里腦機(jī)接口作為原來單一控制方法的補(bǔ)充。在游戲娛樂領(lǐng)域，腦機(jī)接口為游戲玩家提供了獨(dú)立于傳統(tǒng)游戲控制方式之外的新的操作維度，豐富了游戲內(nèi)涵并提升了游戲體驗(yàn)。
完全潛行技術(shù)：
完全潛行，是日本小說家
川原礫的小說《刀劍神域》中的一種技術(shù)稱呼，是
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種。指利用一種機(jī)器，用埋藏在機(jī)器內(nèi)的無數(shù)信號原件產(chǎn)生多重電場，和使用者的腦部直接連接，直接對腦部傳送虛擬的五感情報來生成虛擬空間。同時透過回收腦部發(fā)給身體的電子訊號，就算在虛擬空間內(nèi)進(jìn)行各種運(yùn)動，現(xiàn)實(shí)世界的身體也毫無反應(yīng)。
完全潛行技術(shù)主要的三個要求: 1.能夠通過思維意志控制游戲角色。 2.能夠在游戲中感受到真實(shí)的五感。 3.思維意志不再影響玩家身體行為。
想要實(shí)現(xiàn)第一點(diǎn)并不太過困難，起碼現(xiàn)在已經(jīng)有了類似科技。較為接近的是一個名為“神經(jīng)脈沖激勵者”的游戲控制器。利用一個頭帶來探測腦電波活動，并將其轉(zhuǎn)換為游戲中的各種動作，通過驅(qū)動程序定義，可將某種腦電波信號定義為具體的鍵盤按鍵或鼠標(biāo)動作。玩家使用它，不需要動一根指頭，就可以在游戲中完成跑、跳、開火的動作。雖然這項(xiàng)科技都和刀劍里的那種流暢性控制還有著巨大差距，但作為一種雛形，已經(jīng)可以看出其未來的可能性。但對于二、三倆點(diǎn)來說，短期內(nèi)突破并不現(xiàn)實(shí)。
因在游戲世界里活動角色，現(xiàn)實(shí)中的身體并不會跟著動作，而意識也完全進(jìn)到游戲中不受外界干擾而有此稱呼。如果這項(xiàng)能夠讓人的所有感官完全沉浸于虛擬世界的技術(shù)真的出現(xiàn)了，那必將在智能媒體時代引發(fā)一股大浪潮。這項(xiàng)技術(shù)不僅難度大、工程大，還存在潛在的危險性。比如像動漫中描述的那樣，進(jìn)入潛行世界的人們都被困在虛擬世界里，精神與外界阻隔，聯(lián)系不到外援，同時如果有人想強(qiáng)行脫離就會腦部神經(jīng)燒壞而導(dǎo)致死亡。
以此看來未來未免會有不法分子在該技術(shù)還未完全受法律覆蓋時利用其進(jìn)行違法犯罪行為，會嚴(yán)重?cái)_亂社會治安。盡管如此，完全潛行技術(shù)依然擁有很大的前景，軍隊(duì)可以利用其進(jìn)行模擬軍事演練和模擬戰(zhàn)場，節(jié)約很大成本，醫(yī)院可以讓實(shí)習(xí)醫(yī)生進(jìn)行實(shí)景操作，使醫(yī)生上手術(shù)臺前的操作能更加精細(xì)。
小結(jié)：
總的來說，目前的腦機(jī)接口技術(shù)還是只能實(shí)現(xiàn)一些并不復(fù)雜的對于腦電信號的讀取和轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對于計(jì)算機(jī)/機(jī)器人的簡單控制。要想實(shí)現(xiàn)直更為復(fù)雜的精細(xì)化的交互和功能，實(shí)現(xiàn)所想即所得，甚至實(shí)現(xiàn)將思維與計(jì)算機(jī)的完美對接，實(shí)現(xiàn)通過“下載”能夠熟練的掌握新知識、新技能，而這還有很漫長的路要走。對于非侵入式的腦電技術(shù)，盡管相對侵入式技術(shù)容易獲得分辨率更高的信號，但風(fēng)險和成本依然很高。而對于侵入式腦機(jī)接口技術(shù)，在未來如果能解決人體排異反應(yīng)及顱骨向外傳輸信息會減損這兩大問題，再加上對于大腦神經(jīng)元研究的深入，將有望實(shí)現(xiàn)對人的思維意識的實(shí)時準(zhǔn)確識別。另外需要注意的一個問題是，當(dāng)人的大腦意識可以被準(zhǔn)確的讀取，那么則意味著大腦當(dāng)中豐富的隱私數(shù)據(jù)將有可能會被泄露或竊取，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，未來無疑將需要提供足夠安全的措施來保障用戶的隱私數(shù)據(jù)安全。
完全潛行技術(shù)是通過截取并翻譯大腦信號并輸入到游戲中完成游戲的動作，這就需要腦神經(jīng)領(lǐng)域的突破性發(fā)展，想要達(dá)成輸入這一個階段就要解決非浸入式腦機(jī)的技術(shù)瓶頸——頭骨對信號的削弱。然后還要把游戲中的信號翻譯成大腦可以讀懂的信號來傳回大腦，而人類現(xiàn)在甚至無法破譯腦電波。其次就是倫理問題，如果完全潛行實(shí)現(xiàn)，那么就有一種設(shè)備可以獲取你腦中想的所有東西，人類將沒有隱私，一切自己經(jīng)歷的東西都可以被別人經(jīng)歷一遍。目前而言，并不現(xiàn)實(shí)。
