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www.7038.com 脑机接口: 全球科技大咖的“阿凡达”

来源:未知 作者:dede58.com 时间:2018-06-27 22:43

人可以用大脑的意念控制物体吗?

“阿凡达”的科幻场景可以变成现实吗?

答案都是“能”!

每年1月在美国拉斯维加斯举办的消费类电子产品展览会(简称CES),是世界上影响力与规模都最大的消费类电子年展。

日产公司在2018年的CES展会上发布了其最新研究成果——“脑控车(BraintoVehicle,简称B2V)”技术:驾驶员只需佩戴一个可以监测和解码大脑电波活动的设备,其大脑反应就可以传达给车辆。

2017年年底的科大讯飞年度发布会的最后,讯飞公司展示了与华南理工大学联合研发的“One more thing”——脑电波控制家电技术:戴上脑电帽,全神贯注,用意念控制电灯、窗帘、加湿器,229888状元红,“开、关、开、关……”

让大脑换个渠道与外界互动

脑机接口(BCI)是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物与外部设备间建立直接的连接通路的技术。

原本,人或动物大脑只能通过神经系统与自己的躯体和外部环境进行交流与互动。脑机接口则是一种全新的控制和交流方式。如果说人工智能是对大脑的模仿与超越,那么脑机接口就是对神经系统的模仿与超越——即人工神经。

运行原理上,脑机接口也与神经系统类似,基本实现步骤可分为以下环节:采集信号→信息解码→再编码→传输→反馈。

在科研实验中,目前主流的脑机接口装置又可分为三种:植入式(植入大脑)、半植入式(植入大脑表面)、非植入式(比如穿戴式)。

自从一百多年前,科学家发现了脑电波,就从没停止追逐脑机接口的梦想。最早的脑机接口实验至少可以追溯到1960年代。

1990年代以来,该领域正在形成研究热潮,《自然》《科学》和《柳叶刀》等顶尖杂志报道了一系列重大研究成果。

美国神经外科医师Kennedy当时和几位科学家研发了一款“侵入式”脑机接口。1996年,在动物身上做过测试之后,FDA(美国食品药品监督管理局)允许Kennedy做人体实验。

他的第一个志愿者是一位渐冻症患者,她同意在即将去世时做实验。手术后,她能够用思维控制开关,但是在76天后便不幸去世了。

Kennedy医生后来又让一位严重瘫痪的病人实现了用大脑控制电脑中的光标。

2001年,John Donoghue与布朗大学的研究组织共同成立Cyberkinetics,研发脑机接口植入型系统BrainGate。

三年后,BrainGate系统被植入到13名瘫痪者的脑中负责运动的运动皮层中。BrainGate成功地让一名中风瘫痪的妇女用意念控制机械臂喝上了咖啡。另一名瘫痪者能以每分钟8个单词的速度用意念打字。

2014年巴西世界杯足球赛开幕式上,就是由一名截瘫男子用意念控制机器人外骨骼“机械战甲”开球。

现在全球许多实验室的工作已经证明了用“思维”可以控制机械臂、机械骨骼、轮椅、汽车、甚至无人机,等等。

Kennedy医生的研究没有止步,百万论坛文字新跑狗玄机图,他想要解码人类在沉默时大脑中的语言信息。该技术一旦成熟,即便全身瘫痪、只剩大脑清醒的植物人,也可以与外界交流,并通过意念控制机器而具备一定自理能力。

因为难以找到研究对象,赞助资金近乎于无,又失去了FDA的支持,67岁的Kennedy医生选择在自己身上进行一项史无前例的试验。

他说,“整个研究迄今已经进行了29年,如果我不做点什么,那么之前所有的努力都付诸东流了。我不希望它中途夭折,因此我决定冒险一试。”

第一场手术醒来之后,Kennedy失去了说话能力,并暂时瘫痪了。“我当时一点也不害怕。我知道发生了什么事情,是我设计了这场手术。”

几个月后,他又进行了长达十小时的第二场手术。这样他就能从自己的大脑中收集数据。

Kennedy的研究收集到了非常珍贵的结果。但由于他头骨裂缝并未完全闭合,随时都面临着危险。收集了四周数据之后,2015年1月该试验不得不终止。

由于技术的特殊性,大多数脑机接口技术都是采用动物实验。

比如,加州大学圣地亚哥分校的科学家可以预测斑马雀将会唱什么歌。加州理工学院的研究人员对猕猴视觉皮层细胞展开研究,主要研究它们如何编码,包括肤色、眼距在内的50个不同人脸特征。根据检测到的猴子的脑信号,研究人员能以惊人的准确率猜到猴子看到的是哪张人脸。

在非侵入式研究方面,2016年12月,美国明尼苏达大学的Bin He团队取得一项重大突破,普通人在没有植入大脑电极的情况下,只凭借“意念”,就能在复杂的三维空间实现物体控制,包括操纵机器臂抓取、放置物体和控制飞行器飞行。

科研团队的追赶

近些年,来自的清华大学、浙江大学、华南理工大学、天津大学、国防科大等多个课题组,正在脑机接口领域追赶领先。

2017年在北京亦庄举办的世界机器人大会上,清华大学脑机接口研究组就展示了他们的脑电波打字技术。

观众无需训练,只要戴上脑电帽就可以打字。正常人平均每分钟可打28个英文字母,正确率能达到91%。原理很简单,电脑屏幕上的虚拟键盘中每一个字符都以特定频率闪烁,当我们注视某字符时,大脑视觉皮层附近会产生对应闪烁频率的脑电波信号。通过采集脑电信号就可以打字。

当然,该技术还不够成熟。比如,展台上还摆有洗发液和吹风机,观众戴帽体验前后,可以洗头。因为头发的油脂会影响脑电传导,形成干扰。

这次世界机器人大会还举办了脑控机器人大赛、无人机公开赛等在内的五项赛事。世界机器人专家委员会在大会发布的《机器人领域十大最具成长性技术展望(20172018年)》,就包括生肌电控制技术、脑机接口技术等,生肌电控制技术是后者的“姊妹技术”。

浙江大学求是高等研究院则大胆开展了从大鼠到猴、再到人的植入式脑机接口的实验研究。

2006年,该研究组在大鼠脑内埋植了三对电极,通过安装于大鼠背部的无线微电刺激背包,对相应脑区施加特定电刺激,让大鼠脑部产生虚拟的触觉、兴奋感以及恐惧感,从而人为调控大鼠的“左/右转向”、“前进”和“停止”等动作,使大鼠可以克服“恐高”、“避光”等本能,顺利完成复杂迷宫的导航、探索任务。

在此基础上,他们又实现了让猴子用“意念”控制机械手进行“抓、握、勾、捏”4种手势,使的植入式研究达到了水平。

2014年,该团队在首次将植入式技术应用于临床转化研究。志愿者(癫痫患者)用意念控制机械手,完成了高难度的“石头、剪刀、布”手指运动,准确度达到80%。

颠覆未来的应用前景

目前,脑机接口技术虽然还十分青涩,但现有的初步成果已经显示出在军事、医疗、教育、娱乐、家居、工业等领域的巨大应用前景。

根据业内预测,全球脑机接口市场规模在5年内将达到数千亿美元,其中包括:脑机接口反馈治疗460亿美元,2018年最老版总纲诗,大脑检测系统120亿美元,教育科技2500亿美元,游戏产业1200亿美元。

脑机接口操作系统也极有可能成为继Windows(电脑操作系统代表)、iOS(手机操作系统代表)、Alexa(语音操作系统代表)之后又一大人机交互系统。

在军事领域,“脑控”技术已经运用于无人机的起落和“代理战士”等领域。2012年,美国五角大楼曾透露了代号为“阿凡达”的计划,旨在开发通过意念遥控的机器战士。

在医疗应用领域,残病人士有可能重新获得与外界的交互能力。

仅在,肢体残疾人口就有2412万人,占总残疾人口的29.07%。脑中风患者达到600万700万人,其中3/4患者会留下不同程度身体运动残疾。另外大约有226万肢体截肢者。

目前,全球有超过30万人已经植入了人工耳蜗,这种装置能把外界声音转换成电信号,再将信号传入大脑,帮助听障者听到声音。

深度脑刺激利用电脉冲帮助帕金森患者控制行动,这种电脉冲通过植入电极的方式进行传递。

以往市场上的仿生眼效果较差。新型的版本“已经在动物身上实现了,正在等待美国FDA允许临床实验。如果2018年可以按计划推出,真正能够从外在激活人脑的视觉细胞,会做出人类历史上一个伟大的贡献,就是让失明的人瞬时达到重度近视的状态。”真格基金联合创始人王强告诉《》,未来很可能是万物互联、万物智能、脑机互动。

在娱乐领域,目前的虚拟现实(VR)还只能做到视觉、听觉的“身临其境”;成熟的脑机接口技术理论上可以让人完全做到“身临其境”。

巨大的应用前景吸引了美国、欧盟、日本、等多国政府力推人脑计划和脑机接口技术研发。

2017年7月,美国国防高级研究计划局(DARPA)宣布投资6500万美元给6家机构和企业,启动“神经工程系统设计计划”(NESD)项目,目标是开发高分辨率的神经接口和工作系统,以帮助恢复感官能力,特别是视觉和语言能力。

目前,由哥伦比亚大学、约翰·皮尔斯实验室、加州大学伯克利分校以及巴黎的视听基金会负责视觉相关研究。美国布朗大学和Paradromics公司负责听觉和语言相关研究。

六十多年来,DARPA有力推进了一次次技术革命,产生了一些当今最先进的材料和芯片技术,以及互联网和人工智能。

资本与天才疯狂涌入

脑机接口技术也已进入硅谷等欧美亚众多高科技与新创公司的视。

2016年7月,特斯拉汽车创始人埃隆·马斯克就在加州注册了Neuralink公司。该公司的终极目标是实现全部脑细胞与外界的直接交流和互动,并实现人机共生。按照畅想,人脑和电脑可以直接链接,并上传、下载任何信息,比如,把大脑信息上传到电脑,进而实现星际旅行和永生等等。

马斯克认为,超级AI(人工智能)必将实现,人类要想不被淘汰,只有一个选择——成为AI:“我们要么被机器淘汰,要么探索新的方式,实现与人工智能的共生和融合,除此以外,别无他法。”

脑机接口(人工神经)就是马斯克实现其计划的一步,www.www-443355.com

他面试了1000人之后,选择了8个人到Neuralink来帮助他塑造人类的未来。这些人的简历中有“神经粉尘”、“皮质生理学”和“人类心理物理学”之类的术语,他们是工程师、神经外科医生和芯片设计师等等。

马斯克说,组建合适的团队本身就是一个挑战,因为他需要找到能够跨学科领域工作的人,包括从脑外科到微观电子学的一切领域。

“我们的目标是在大约4年内将某些东西推向市场,它们可以帮助严重的脑损伤(中风、癌症病变、先天性问题)患者。”

这是马斯克一贯的商业逻辑:先研发销售相对初级并有市场的产品,获得资金后,就可以研发更加尖端的技术。

健康人何时能用上脑机接口设备呢?马斯克非常乐观:“我觉得大概需要8到10年的时间……要注意的是,这很大程度上取决于监管部门的批准进程,以及残障人士使用我们的设备效果如何。”

2017年的Facebook公司的F8开发者大会上,Facebook揭秘了Building 8研究部门的两项全新研究项目,香港特料码网站,其中之一就是“意念打字系统”。

Facebook公司创始人马克·扎克伯格在一篇文章中表示:“我们的大脑每秒产生的数据是4部高清电影的量。但是我们向世界传输数据的方式——说话的传输速率和1980年代的调制解调器一样。这就是问题所在。”

目前,斯坦福大学开发的系统可以让瘫痪病人实现每分钟8个单词的打字速度,而且是基于侵入式电极的。

Building 8的负责人Regina Dugan表示,他们希望新的系统能以每分钟超过100单词的速度读取人们的思维,这相当于在智能手机上打字速度的五倍。

该团队目前已有超过60名顶级科学家和工程师,计划在未来2年内推出第一个植入形式的原型装置,并在医疗环境中进行测试。“我们希望这项技术最终是无创、可穿戴且可大规模生产的。”

作为Facebook旗下最神秘的研究部门,Building 8于2016年4月成立,致力于开发全新的消费硬件产品。该研究机构得到了DARPA(美国政府国防高级研究计划署)的支持。

实现难度空前,初级产品可期

虽然全球科研界和投资界异常火热、方兴未艾,但是脑机接口技术走出实验室,走进临床实践,甚至走向商业推广,还有很长的路。

首先是技术难题。

脑机接口的实现远比登陆火星艰难,涉及机械动力学、材料学、机器学习、神经科学、认知科学、信息工程等大量学科,需要大量各领域的天才,不能有短板。

半植入式、非植入式技术,因为隔靴搔痒,信号收集和解码效果一般都较差。

植入式脑机接口可以直接收集脑电信号,但却必须处理生物相容性、无线性、电力供应和带宽等众多问题,还要适应咸湿、闷热的人脑环境。

实验中,电线穿过头骨和头皮,会有感染风险。植入物可能在脑内产生些许位移,这可能损害脑细胞。大脑的排斥反应会在植入电极周围产生瘢痕(类似伤疤),结果植入电极功能越来越差,几个月至多两三年就会失效。

目前,科学家只能从人脑的850亿个神经元中挑出几百个记录放电信号,而且还无法一次将200个电极放在一个人的大脑中。

但是DARPA项目的目标是到2021年能够同时处理100万个神经元的信号。NeuraLink的目标也是100万个。

1950年代以来,脑机接口平均每7.4年才能使可同时记录的神经元数量翻倍,按照这个速度,要达到同时记录100万个神经元需要等到2100年。

马斯克所追求的终极的全脑接口(全部脑细胞都能与外部直接互动)似乎更加遥远。要知道,成年人脑中神经元多达850亿个,一个典型的神经元与其他神经元有10000个连接。要读懂如此复杂的大脑和听懂如此海量的脑细胞“交响乐”,可不是一件易事。

即便不考虑这些遥远的事情,脑机接口技术的进步过程也始终伴随着监管、伦理等困惑:产品是否有安全风险?我们能否接受人机融合?个人隐私怎么办?黑客攻击会否发生?人脑是否可能逆向被其他人和机器控制?

也许脑机接口的发展阶段也可以像人工智能一样划分为初级、中级、高级。人们大可不必为遥远未来的中级和高级脑机接口担心。

随着全球人才、资本的大量涌入,初级脑机接口技术势必向小型化、便携化、可穿戴化等发展,一批相对安全可靠的先行产品也正在或即将问世。

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