當腦機接口走出科幻片：癱瘓三十多年后，他用意念吃蛋糕

極客網·極客觀察1月26日 在2009年熱播的電影阿凡達中，下身癱瘓的的前海軍戰(zhàn)士能夠通過設備將意識注入到遠端的生物體中，用意念控制阿凡達，這是人類對腦機接口發(fā)展未來圖景的一次美好想象。而如今十年的時間過去了，隨著技術的進步，腦機接口已經逐漸走出科幻片，走進了現(xiàn)實。

不久前，四肢癱瘓了30多年的羅伯特·布茲·克米勒維斯基，在腦機接口技術的幫助下，向世界展示了如何通過大腦意念控制兩支機械手臂拿起餐具給自己喂食的全過程。這是世界首個實現(xiàn)雙邊植入腦機接口的案例，是一次前所未有的進展。

如此神奇的“用意念吃蛋糕”，到底是怎么回事？所謂的“腦機接口”，又是如何實現(xiàn)的？除了吃蛋糕，這項技術還能用來做什么？讓我們一探究竟。

解碼大腦信號控制雙臂 用意念吃蛋糕

所謂的腦機接口技術，指的是通過在大腦和外部設備之間建立通道來實現(xiàn)大腦和外部設備之間的信息交換。在這個概念下，如果能對大腦輸出的信號做出正確的解讀，那么就可以直接讓大腦指令操縱外部設備，也就是我們所說的“意念控制”。

此次的雙邊植入腦機接口技術是由約翰·霍普金斯大學涉及物理和醫(yī)學領域的多個實驗室共同合作研究出來的，這項技術旨在幫助癱瘓和肢體殘缺患者獲得更加獨立生活能力。業(yè)界內以往的腦機接口研究往往只從大腦的一側采集信號，因此實施的控制主要集中在一只機械臂上。而約翰.霍普金斯大學研發(fā)的這項技術可以同時控制雙臂協(xié)作，這是一次矚目的突破。

吃蛋糕試驗的參與者羅伯特30多年前在沖浪時發(fā)生了意外，他的大腦健康，但肩膀以下的部位多年來一直處于癱瘓的狀態(tài)，幾乎感覺不到手腳和四肢。

為進行此次試驗，他通過手術在大腦兩側植入了六個大小與螞蟻相近的電極陣列，其中一半陣列被放置在運動皮層，另一半被放置在感覺皮層，這些陣列通過細電線被連接到的計算機系統(tǒng)以完成腦信號的采集和計算，它們可以在大腦中保持多達五年。除此之外，羅伯特還進行了長達九個月的訓練，來學習假肢的控制方法。

在試驗中，羅伯特先是使用意念控制機械臂切下一塊蛋糕。隨后，在大腦信號的操縱下，機械臂將食物輸送到離嘴最近的位置，方便羅伯特一口吃下。

值得一提的是，為了讓操作者能夠更好地實現(xiàn)控制，微電極陣列還為操作者增加了“觸感”，以達到模擬感官的效果。當談論到操控假肢的感覺時，羅伯特這樣描述，“就像有人在握住你的手，在細砂紙上摩擦手指的感覺?！?/p>

在試驗后續(xù)的采訪中，羅伯特還表示，“這種感覺簡直太棒了，非常有成就感，我希望還能用它做更多的事情?！?/p>

腦機接口的原理與研究進展

腦機接口技術其實已經走過了半個世紀。早在1969年，德裔美國神經學家埃伯哈德·費茲就已經開始訓練猴子利用思考活動觸發(fā)神經元，啟動連接神經元的儀表盤。這是真正意義上的第一個腦機接口實驗。

去年夏天，“硅谷鋼鐵俠”馬斯克在新聞發(fā)布會上當眾宣布他的公司Neuralink成功在豬腦中植入了腦機接口芯片在豬腦中植入芯片，可以讀取豬活動時的大腦信號波動，能清楚地看到豬腦的活動軌跡。隨后Facebook也公布了通過腦機接口讀取大腦中的單詞和短語的最新研究成果，這使得人們對腦機接口技術的關注達到了一個高峰。

腦機接口主要分為侵入式和非侵入式兩種。非侵入式指的是無需侵入大腦程序就能工作的接口，它主要是基于腦電圖的原理進行工作的。大腦神經元內的離子電流會引起電壓波動。通過將電極植入到頭皮上，就可以獲得大腦在一定時期內的活動信息。

侵入式則需要將設備植入使用者的顱骨中，這種方式的成本較高，并且始終需要醫(yī)學專業(yè)人員的輔助，但獲取的神經信號的質量比較高。一種常用的侵入式腦機接口方式是使電極板與大腦皮層直接接觸，以測量大腦皮層的電活動。

此次“用意念吃蛋糕”的試驗中，采用的是侵入式的實現(xiàn)方式。值得一提的是，非侵入式的腦機接口往往只有單輸出通道，這意味著大腦控制只能專注于一件事，而不能并行思考。從這個角度講，侵入式腦機控制帶來的限制更少，應用前景也更廣闊。

科技照進現(xiàn)實 腦機接口未來如何？

醫(yī)療康復是目前腦機接口技術應用最主要的方面。這項技術的運用可以為重癥癱瘓患者提供多種肢體功能的替代，從而減輕身體缺陷對患者生活造成的影響，提高患者的生活能力或改善生活質量。

比如，約翰·霍普金斯大學的意識控制假肢的技術可以幫助癱瘓和肢體殘缺患者獲得更加獨立生活能力；Facebook的大腦信息讀取技術可以幫助一些患阿爾茨海默病和慢性創(chuàng)傷性腦病等疾病而無法進行正常溝通的患者更自主地表達自己的想法；美國公司NeuroPace通過監(jiān)測和響應特定的大腦活動以防止癲癇發(fā)作。這些想法一旦實現(xiàn)，都將是醫(yī)學領域了不起的進步。

此外，腦機接口在未來還會有更廣泛的用途。比如約翰·霍普金斯大學的研究小組就提出了設想，他們認為未來或許可以使用神經信號來控制計算機的鼠標，或者直接用意念控制智能家居。

不過現(xiàn)階段，腦機接口還是一個很有爭議的話題，對腦機接口的批判的聲音也很多，更是有很多人將這項技術比作了“潘多拉的魔盒”。對于這些技術的一些擔憂包括：植入大腦的芯片可能會被入侵，從而造成神經活動的泄露；解碼人們的精神活動使不法分子能夠了解到人們大腦的活動機制，從而對人們的情感和活動進行操控；對腦電波的錯誤分析會導致人類做出違背意志的行為，從而造成倫理問題等等。這些擔憂也不無道理。

就像曾經的基因編輯、人工智能等很多新興技術一樣，腦機接口將為我們打開一扇新世界的大門，但它的發(fā)展過程中也面臨著來自法律、倫理、安全等多方面的挑戰(zhàn)。當腦機接口從科幻片逐漸走進現(xiàn)實，如何正確地使用這項技術，還需要更多思考。

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