腦機接口，能成為人機交互的最終形態(tài)嗎?
2014年6月13日，巴西圣保羅，世界杯揭幕戰(zhàn)開球儀式。
28歲的截癱青年朱利亞諾·平托在全球數(shù)十億觀眾的注視下，借助基于腦機接口技術(shù)開發(fā)的輔助裝置，完成了巴西世界杯的第一次開球。
2014年巴西世界杯開球儀式
與普通人踢球無異，癱瘓少年的這次踢球動作同樣由大腦指揮——平托想象自己正在踢球，隨后大腦發(fā)出踢球這一動作的指令信號。
只不過，這段信號隨即傳入一臺小型計算機裝置，由計算機將大腦發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字指令。300毫秒過后，裝置穩(wěn)定保持著平托身體的平穩(wěn)，并牽引他無法移動的下肢將球踢出。
這套裝備由被譽為“腦機接口之父”的巴西籍神經(jīng)生物學家、美國杜克大學醫(yī)學院神經(jīng)科學教授米格爾·尼科萊利斯設(shè)計并參與制造。轉(zhuǎn)播鏡頭外隨即傳來解說員的感慨：平托行走的一小步，是腦機接口技術(shù)發(fā)展的一大步。
一年后的2015年，哈佛大學某座公寓的地下室出現(xiàn)了同樣出現(xiàn)了一位帶著機械義肢的青年——某次意外的學校實驗室爆炸事故，讓青年的右臂不幸截肢。哈佛大學腦科學中心的博士生、來自中國的韓璧丞是他的同事，當時已帶領(lǐng)一支名為BrainCo的腦機接口團隊，并在底層技術(shù)上有一定積累。當他得知同事這次令人遺憾的事故后，韓璧丞想：能不能用自己專業(yè)領(lǐng)域，給這位截肢的朋友做個隨心而動的機械手?
于是，一款金屬色的機械手產(chǎn)品隨后戴在了截肢青年的右臂。盡管功能有限，交互體驗也難稱靈敏，但一只由大腦控制的機械手還是讓他覺得“非常酷”。
而后，BrainCo也由團隊發(fā)展成一家獨立研發(fā)的腦機接口公司。公開資料顯示，BrainCo(浙江強腦科技有限公司，以下稱“強腦科技”)2015年由韓璧丞創(chuàng)立于美國波士頓，并在中國浙江杭州、深圳均有分部，創(chuàng)始團隊為哈佛大學創(chuàng)新實驗室孵化的第一支中國團隊，現(xiàn)已成為全球非侵入式(可簡單理解為“不需要進行開顱手術(shù)植入設(shè)備”)腦機接口獨角獸、腦科學技術(shù)解決方案的供應(yīng)商。目前全球范圍內(nèi)，融資超2億美金的腦機接口企業(yè)，一家是馬斯克的Neurallink，另一家便是BrainCo強腦科技。
為巴西世界杯開球儀式設(shè)計腦機接口設(shè)備的米格爾教授，后來則成為了強腦科技公司的首席科學顧問。
“15年那款產(chǎn)品算是量產(chǎn)(機械手)的雛形，至今已迭代了多個版本”，談到應(yīng)用腦機接口技術(shù)的機械手，強腦科技高級副總裁何熙昱錦向AI藍媒匯(ID：lanmeih001)透露，目前系列產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，“從現(xiàn)有產(chǎn)品來看，目前能做到5根手指全部精細動作的智能義肢非常少，我們也是全球范圍內(nèi)首家做到量產(chǎn)的腦機接口公司。”
在強腦科技公司的產(chǎn)品展示區(qū)，面向醫(yī)療康復機構(gòu)、慈善機構(gòu)的客制化腦機接口終端和面向大眾消費市場的冥想設(shè)備、睡眠儀產(chǎn)品依次排開，腦機接口早已不是某種渺遠的技術(shù)幻想。
其實，沒必要神化這項技術(shù)——它在日常生活中有著充分的應(yīng)用場景。但對于因外傷或疾患致殘的殘疾人來說，腦機接口產(chǎn)品的出現(xiàn)讓他們獲得了再次行動的能力，體感上多少又帶著點“神奇”。
人機交互的最終形態(tài)
開高達，是不少理工男暫未實現(xiàn)的夢想。
從影視作品對高達，或者說對大型機甲控制方式的設(shè)計中，也能看出人們對人機交互的理解，存在一個進化過程。
以《機動戰(zhàn)士高達》為代表的早期機甲駕駛艙，是這樣的——被屏幕、鍵盤、控制搖桿包圍。
到了《環(huán)太平洋》等21世紀產(chǎn)出的科幻片中，駕駛艙變成了這樣——先將駕駛員的神經(jīng)系統(tǒng)與機甲同步，靠動作和腦電波進行控制所有系統(tǒng)。
這種設(shè)計的好處顯而易見，通過神經(jīng)系統(tǒng)的控制和鏈接，使用者可以達到物理意義上“心想事成”的效果。
但也不是沒有問題：第一部中，由于機甲需要兩名駕駛員之間、駕駛員和機甲之間的信息都保持高度的一致性，導致這幾部分之間時常出現(xiàn)連接延遲甚至信號斷連的情況——這也是現(xiàn)實世界中腦機接口設(shè)備所面臨的困境，要準確建立神經(jīng)鏈接并做出相應(yīng)反饋并不容易。
“對于非侵入式腦機接口技術(shù)而言，最困難的部分在于腦電波如何精準的采集”，強腦科技研發(fā)團隊詳細解釋了包括原理和材料在內(nèi)的諸多細節(jié)。事實上，采集是腦電波分析的第一步。而非侵入式腦機接口技術(shù)無法接近大腦內(nèi)部，只能通過頭環(huán)等外設(shè)在大腦皮層前額葉部分采集。”
“所以，為了確保采集的精準度，我們在過去的產(chǎn)品研發(fā)中耗費了大量時間和成本去找例如干電極之類的材料。真的是要花很久的時間，才能找到一些合適的材料，去替代過去很多不好攜帶甚至不安全的設(shè)備。
材料解決之后，下一個問題是算法：“人的思維中有一部分常常是混亂的，采集到的腦電波基本都需要‘去噪音’。”
所謂“去噪音”，研發(fā)團隊將其詳細解釋為“對信息的特征提取”——把一長串腦電波中有用的波段提取出來，分析、反饋、試驗，“整個鏈路上遇到過不少挑戰(zhàn)。”
以智能仿生手為例，需要讓每根手指動起來并區(qū)分哪根手指對應(yīng)哪根手指，就是一項復雜的工程。智能頭環(huán)類的產(chǎn)品如何精準采集腦電，如何利用算法解析腦電，也是如此：“一開始生產(chǎn)出來的東西良品率非常低，后來，得益于在材料和算法上的研發(fā)突破，設(shè)備良品率已經(jīng)有了大幅度提升。”
強腦科技高層坦言，現(xiàn)階段腦機接口設(shè)備所能實現(xiàn)的功能并不像大眾在科幻電影中看到的那樣，可能未來一段時間內(nèi)都很難達到主流科幻片中的某些效果，“但不管是在國內(nèi)的或是在波士頓的團隊，研發(fā)過程中我們其實都不太會受影響，科幻和科研的差距得一點一點補。”
“真正留給我們思考的，是怎么樣去進入下一代人機交互模式。”
研發(fā)團隊談到了由電腦到手機的演化——埃尼亞克是最早的電腦，那么大的一臺，占了好幾間屋子(170平方米)。后來人們有了PC、有了手機，諾基亞出了幾款鍵盤式手機。再后來，蘋果用iPhone取代了所有按鍵，觸屏智能機的功能越來越多，手機向PC、相機等設(shè)備對齊。
“人手一臺手機之后，手機本身就已經(jīng)成為了每個人器官的延伸，甚至可以說是器官本身，現(xiàn)代人類已經(jīng)很難在日常生活中離開它。未來我們的暢想就是‘人人有一臺腦機’，也許就能替代手機——你可以繞過語言障礙實現(xiàn)快速且‘無損’的對話，可以像三體人那樣不說話而是用意念交流，這都是腦機科技未來或許能實現(xiàn)的方向。”
2023年，我們能用腦機接口做什么?
米格爾教授曾在2017年的某次采訪中預(yù)測，十年內(nèi)人們或許能研發(fā)出一種技術(shù)，將機械、電子或虛擬機器與大腦相連。這項能夠恢復行動力的技術(shù)，不僅給交通事故和戰(zhàn)爭受害者帶來希望，也會使?jié)u凍癥、帕金森病和其他運動障礙患者獲益，例如在伸肘、握拳、行動或語言上有障礙的病人。
那么，到今年，這些想法在腦機接口行業(yè)實現(xiàn)了多少?應(yīng)用和想象的差距還有多少?
——都不少。
在產(chǎn)品展示區(qū)，AI藍媒匯體驗了一款互動版智能仿生手。使用者佩戴臂環(huán)，臂環(huán)讀取使用者“握拳”和“松手”的肌肉電信號和神經(jīng)電信號，智能假手將配合完成相同動作。
BrainCo強腦科技的智能仿生手
智能假手讀取的是“想法”而非動作，對于某些無法完成手部動作的殘障人士，只需在大腦中想象把手打開這一動作，智能假手同樣可以配合完成。
佩戴者手部活動受限，模擬部分殘障人士無法控制手臂的情況
當然，受限于讀取和傳輸速率，這套假手目前所能做的動作“和大家的科幻想象還有一定差別，但現(xiàn)階段已經(jīng)能完成不少精細動作，來滿足殘疾朋友生活所需和一些日常愛好。”
據(jù)了解，公司在康復、大健康領(lǐng)域都有已完成商業(yè)化的項目，大健康領(lǐng)域主要是面向C端、功能為輕度神經(jīng)干預(yù)的產(chǎn)品。公司將其歸為電子消費類，如帶有助眠作用的睡眠儀、對兒童進行學習專注度檢測的教育類硬件，或是高壓人群需要的冥想。這其中的部分產(chǎn)品會有更為專業(yè)的版本，“(專業(yè)設(shè)備)主要面向企業(yè)、機構(gòu)或是心理咨詢師等相對復雜的場景。”
還有些技術(shù)尚未完全成熟的產(chǎn)品，暫時沒有市售，比如某款用意念隔空打字的設(shè)備：“這項技術(shù)在2021年就已經(jīng)做出來，當年產(chǎn)品發(fā)布會上也向觀眾做了隔空打字的實機演示，屬于人機交互分支的延伸。”
另外的部分，則更為隱秘和復雜。
“在別的一些賽道，大家經(jīng)常會談?wù)撋疃扔脩?、消費者，但腦機接口領(lǐng)域的‘重度’用戶往往很特殊——它針對的是重癥疾病患者，所以不存在所謂的‘消費者’。”
從大腦發(fā)出的信息流中介入、進行干預(yù)，更像是一種針對精神類疾病和神經(jīng)系統(tǒng)的“治療”。
“人的所有行為都靠大腦控制，所以腦機能干預(yù)的事情理論上非常多”，就目前的研究，以及強腦科技同一些機構(gòu)的合作項目來看，一些很貼近生活的觀念引導，比如堅持減肥、健身之類的事情，未來都有借助腦機輔助的可能。
“當然，我們研究的大方向之一還是涉及神經(jīng)系統(tǒng)的、精神類的疾病，比如抑郁癥、阿爾茲海默……”
考慮到這部分涉及醫(yī)療領(lǐng)域研究的重要性和復雜性，目前所有項目均處于保密研發(fā)狀態(tài)，臨床試驗往往會跟大型三甲醫(yī)院等開展合作。“從業(yè)者都會很謹慎，畢竟有些疾病的致病機理，在醫(yī)學界都還沒完全研究透徹。”
“我們的理念一直是‘先痛后大’——先解決用戶的痛點，再考慮市場擴張。”
強腦科技目前有限的出貨量中，一部分實際上是帶有公益性質(zhì)的訂單：“有些產(chǎn)品是免費或者以極低的價格與公益機構(gòu)或政府部門合作，給到有需要的群體。
顯然，這是一片相對藍海的行業(yè)，短期內(nèi)由于基礎(chǔ)門檻和使用場景的限制，也不會有生意場上過于密集的短兵相接。
但理念分歧導致的技術(shù)競爭，實際上早已開始——區(qū)別于強腦科技堅持的“非侵入式腦機接口”研究，大洋彼岸一位汽車、火箭、社交、AI、腦機接口賽道都“干啥啥紅”的科技巨頭，始終致力于“侵入式腦機接口”，也就是需要做手術(shù)以植入設(shè)備的那種。
馬斯克和他的Neurallink，不可避免的被行業(yè)關(guān)注，被從業(yè)者提及。
“這仍是一場競爭”
兩年前，一支Neurallink公司發(fā)布的腦機接口短片在油管引發(fā)熱議。
在這個時長三分半的片段中，一只安裝了腦機芯片的獼猴，僅憑意念控制著屏幕上類似貪食蛇和乒乓球的游戲，以獲取作為獎勵的冰沙。
短片獲得了超過600萬次的播放，網(wǎng)友驚詫于“心靈感應(yīng)”不僅僅是可行，而且可以做的靈敏且相對復雜。但也有不少人提出了樸實的質(zhì)疑：猴能用，人就能用嗎?
顯然不是——不管是技術(shù)理論還是大眾倫理，都講不通。
問題在于芯片的位置、用不用動刀：和強腦科技所做的非侵入式腦機接口不同，馬斯克的公司始終堅持做“侵入式腦機接口”這一技術(shù)路徑，這只獼猴所用的芯片被安裝在顱骨內(nèi)部，直接接觸大腦皮層，需要通過開顱手術(shù)才能完成裝配。
強腦科技創(chuàng)始團隊堅持認為，非侵入式一定比侵入式更有商業(yè)前景。
“國內(nèi)做腦機的公司有限，這項技術(shù)國外相對成熟。在美國，它們已經(jīng)分成兩個派系，西海岸以斯坦福為代表的侵入式，覺得開顱植入的接口才是真正的腦機接口;東海岸以哈佛為代表的非侵入派系，覺得非侵入式才是真正在未來能被大眾接受、能夠商業(yè)化落地的一門技術(shù)。”
來自哈佛的韓璧丞沿襲了這種非侵入式的方法，他本人也堅信非侵入式的市場一定能夠是侵入式的百倍千倍，“(侵入式的)開顱手術(shù)是個繞不過去的話題，大部分人不可能沒有這種顧慮，誰會愿意在頭上開個洞呢?”
與其像馬斯克那樣研究“如何優(yōu)雅地開顱”，不如在確保沒有創(chuàng)傷的大前提下，想辦法改進技術(shù)，讓外置的設(shè)備盡可能達到安全且有效的水平，創(chuàng)始團隊對此深信不疑。
采集腦電，最原始辦法是戴導電帽——受制于信號傳輸問題，患者需要戴著一個裝滿電極片、涂有大量濕的導電膏的帽子，因為當時只有在那種濕的環(huán)境下才能采集。
這個非侵入式腦機應(yīng)用的痛點，被韓璧丞帶領(lǐng)團隊用固態(tài)凝膠電極(前文提到的干電極)解決：“我們的設(shè)備上有很小的電極片，那個就是自研的專利干電極。”
經(jīng)大量測試后，這種便攜性和泛用性極佳的腦機設(shè)備，信息精確度同樣達到了約95%的較高水平。
以及，更高的性價比：“比如智能仿生手這塊，我們一直想成為優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)替代。”
據(jù)了解，兩家歐洲公司在過去一段時間幾乎壟斷了假肢市場，以機械義肢為例，一只手大概要賣到50~70萬。暫且不提個體病患，這對于大量醫(yī)療機構(gòu)來說都未必是一個容易接受的價格。
“實在是太貴了，我們的想法就是把價格壓到他們的1/5甚至更低”。根據(jù)強腦科技公司介紹，目前團隊已經(jīng)做到了將渠道合作模式的產(chǎn)品價格穩(wěn)定在同類產(chǎn)品的1/5上下，“以一個合理的價格讓有需要的殘疾人買得起，可能是我們接下來要做的一些事情。目前還是先解決真實世界的迫切需求，再考慮更大的市場。”
從業(yè)者不太會把自己的技術(shù)對標鋼鐵俠之類的科幻電影，但確有一批人正在想辦法，讓技術(shù)慢慢成為傷者和病患的盔甲。
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