讓聾人重獲聽力，讓盲人重見光明，讓癱瘓者重新站起，甚至把人們從小學(xué)到博士近20年的求學(xué)生涯壓縮到一瞬間……這些亦幻亦真的場(chǎng)景都與腦機(jī)接口(Brain Computer Interface，BCI)這個(gè)詞關(guān)聯(lián)起來。2007年3月，來華訪問的互聯(lián)網(wǎng)之父溫頓·瑟夫首次接受中國媒體獨(dú)家專訪(見中國計(jì)算機(jī)報(bào)《溫頓·瑟夫：讓每位網(wǎng)民心存感激的人》)。本報(bào)記者問道：“如今，互聯(lián)網(wǎng)的邊界就是人機(jī)界面。但未來隨著芯片植入人腦，你認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)還會(huì)有邊界嗎?”
清華大學(xué)科研人員正在通過非植入式腦機(jī)接口采集腦電波
互聯(lián)網(wǎng)之父看好腦機(jī)接口
2007年3月，來華訪問的互聯(lián)網(wǎng)之父溫頓·瑟夫首次接受中國媒體獨(dú)家專訪(見中國計(jì)算機(jī)報(bào)《溫頓·瑟夫：讓每位網(wǎng)民心存感激的人》)。本報(bào)記者問道：“如今，互聯(lián)網(wǎng)的邊界就是人機(jī)界面。但未來隨著芯片植入人腦，你認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)還會(huì)有邊界嗎?”
瑟夫在肯定了這一問題后說，他的夫人聽力完全喪失，十年前在耳部嵌入了人工耳蝸，才得以部分恢復(fù)聽力。瑟夫希望能夠?qū)θ斯ざ佭M(jìn)行重新編程，使語音信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化后進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，而來自互聯(lián)網(wǎng)的信息也可以轉(zhuǎn)換成神經(jīng)信號(hào)脈沖。這樣，瑟夫夫人就可以對(duì)著電腦熱烈地“交談”。
瑟夫?qū)π酒踩氤种С謶B(tài)度。他表示，他本人彌補(bǔ)自己記憶力下降的方式是Google搜索，但他希望有一種可以植入體內(nèi)的存儲(chǔ)芯片，能夠讓他的記憶力更好一些。瑟夫還興奮地談道，未來科技的發(fā)展，或許可以通過與互聯(lián)網(wǎng)相連的方式來修復(fù)人的感官功能。
今天，我們可以把PC、上網(wǎng)本以及各種各樣聯(lián)網(wǎng)的消費(fèi)電子產(chǎn)品視為互聯(lián)網(wǎng)的邊界。幾乎可以說，互聯(lián)網(wǎng)的邊界就是這些產(chǎn)品的顯示屏、揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)，音、視頻是人們與互聯(lián)網(wǎng)交互的主要途徑。
但是，這種人機(jī)界面還處于人機(jī)分離的狀態(tài)。也就是說，來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化的信息，必須借助于顯示器或者揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，再通過光波和聲波傳輸，才能被人們的眼睛和耳朵所接收，之后再通過視網(wǎng)膜和鼓膜轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，通過視神經(jīng)和聽神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X。
未來，一旦我們可以將芯片嵌入人體，或者出現(xiàn)其他半嵌入、非嵌入式的解決方案，互聯(lián)網(wǎng)與人體之間就能形成直接通信，來自互聯(lián)網(wǎng)的信息不用再借助傳統(tǒng)的光學(xué)和聲學(xué)通道，同樣可以直接進(jìn)入人們的神經(jīng)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的人機(jī)合一。這就是腦機(jī)接口，又稱為腦機(jī)界面。
腦機(jī)接口把互聯(lián)網(wǎng)與人直接連在一起，因此當(dāng)前很多人也開始把腦機(jī)接口納入了物聯(lián)網(wǎng)的邊界。
人工耳蝸：腦機(jī)接口的雛形
根據(jù)維基百科的定義：腦機(jī)接口是在人或動(dòng)物腦(或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物)與外部設(shè)備間創(chuàng)建的直接連接通路。在該定義中，“腦”一詞意指有機(jī)生命形式的腦或神經(jīng)系統(tǒng)，而并非僅僅是抽象的“心智”(mind)。“機(jī)”意指任何處理或計(jì)算設(shè)備。
如同物聯(lián)網(wǎng)迄今沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義一樣，類似人工耳蝸這類設(shè)備到底算不算腦機(jī)接口，業(yè)界也還存在分歧。嚴(yán)格意義上說，人工耳蝸屬于神經(jīng)修復(fù)領(lǐng) 域，而神經(jīng)修復(fù)是指用人造裝置來替換原有功能已經(jīng)消弱的部分神經(jīng)或感覺器官，其中并沒有指明一定要與大腦相連。但是，由于神經(jīng)修復(fù)與腦機(jī)接口，采用了相似 的實(shí)驗(yàn)方法和以外科手術(shù)為主的技術(shù)手段，特別是兩者均是以恢復(fù)人的視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)甚至認(rèn)知能力為目標(biāo)的，因此二者常常被混為一談。至少，我們當(dāng)前可以把 人工耳蝸視為腦機(jī)接口的早期探索，因?yàn)檫@樣更有助于我們對(duì)腦機(jī)接口的了解。
根據(jù)百度百科聽覺條目，聽覺的形成過程為：外界聲波通過介質(zhì)傳到外耳道，再傳到鼓膜。鼓膜振動(dòng)，通過聽小骨傳到內(nèi)耳，刺激耳蝸內(nèi)的纖毛細(xì)胞而產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，神經(jīng)沖動(dòng)沿著聽神經(jīng)傳到大腦皮層的聽覺中樞，從而形成聽覺。
只要我們反過來看，就不會(huì)被這些名詞所困擾：大腦通過聽神經(jīng)接收的生物電信號(hào)，最初是由耳蝸將聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的，因此可以把耳蝸視為人的聲傳感器。
與助聽器對(duì)聲信號(hào)放大的原理不同，人工耳蝸的工作原理是：聲波信號(hào)通過麥克風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)語音處理器濾波后，將有效信號(hào)送到發(fā)射器，接收 器接收到音頻信號(hào)后，經(jīng)由電刺激器傳輸?shù)铰裨诙伾系碾姌O上，由于電極與聽神經(jīng)末梢相連，最終，音頻信號(hào)將會(huì)傳輸?shù)酱竽X聽覺中樞。
從人工耳蝸到腦電波
盡管人工耳蝸已經(jīng)有20多年臨床應(yīng)用的歷史，但時(shí)至今日，它依舊只能部分地恢復(fù)患者的聽力，這還是在需要對(duì)患者進(jìn)行訓(xùn)練的前提下，加之費(fèi)用高達(dá)上萬美元，人工耳蝸的普及一直受到限制。
除了人工耳蝸外，研究人員還在視覺和運(yùn)動(dòng)功能的應(yīng)用上取得了可喜的進(jìn)展。獲得2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)提名的Dobelle，在2002年首次將 第二代視覺腦機(jī)接口應(yīng)用于臨床，盲人患者術(shù)后竟然可以在醫(yī)療中心周圍慢速駕車觀光。2005年，Cybernetics公司將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于四肢癱瘓 的病人，使其能夠控制機(jī)械臂。
然而，上述應(yīng)用都是將腦機(jī)接口裝置植入人體，通過與神經(jīng)末梢直接連接來傳遞信息的，難免會(huì)引發(fā)感染或來自人體免疫系統(tǒng)的排異反應(yīng)。所以，基于腦電波的非植入式腦機(jī)接口成為研究的熱點(diǎn)，除了不會(huì)造成創(chuàng)口外，這種技術(shù)還可以“讀取”更多來自大腦的信息。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)系神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室走在了前列。據(jù)清華大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道，受美國國家科學(xué)基金委員會(huì)(NSF)等機(jī)構(gòu)的委托，專業(yè)評(píng)估機(jī)構(gòu) WTEC(世界技術(shù)評(píng)估中心)在2006～2007年間，對(duì)全球主要的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了評(píng)估。WTEC認(rèn)為，高上凱教授領(lǐng)導(dǎo)的神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室，在全球 腦機(jī)接口研究中處于領(lǐng)先地位。
另據(jù)清華大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道，今年6月，美國IEEE《神經(jīng)系統(tǒng)與康復(fù)工程匯刊》以封面文章的形式，發(fā)表了神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室的最新研究成果，該實(shí)驗(yàn)室成 功實(shí)現(xiàn)了一種準(zhǔn)確率達(dá)到85%的新型聽覺腦機(jī)接口。該項(xiàng)成果，將能夠幫助與物理學(xué)家史蒂芬·霍金一樣的神經(jīng)“漸凍癥”患者，通過聽覺腦電活動(dòng)來表達(dá)自己的 思想并與外界溝通。
腦機(jī)接口的挑戰(zhàn)
腦機(jī)接口當(dāng)前遇到的最大挑戰(zhàn)還是來自技術(shù)。在Gartner公司2009年公布的技術(shù)成熟度曲線上，腦機(jī)接口的成熟應(yīng)該是十年之后的事情。事實(shí) 上，人類尚未完全認(rèn)識(shí)自身，更不用說極為復(fù)雜的大腦以及思維意識(shí)活動(dòng)。因此，從人機(jī)界面(Man Machine Interface)到腦機(jī)接口，注定還有漫長的路要走。
人機(jī)合一也在帶來文化、隱私方面的挑戰(zhàn)。在人工耳蝸的應(yīng)用上，反對(duì)聲一直沒有停歇。出人意料的是，在美國，最大的反對(duì)群體卻來自聾人社區(qū)中自幼 失聰?shù)娜巳�，他們認(rèn)為人工耳蝸影響到了聾人文化。而遙遠(yuǎn)的未來，更大的挑戰(zhàn)則來自隱私方面，人們無法控制腦電波，又不可能總讓自己處于對(duì)電磁波屏蔽的空 間。當(dāng)設(shè)備接收的靈敏度，有朝一日提高到可以在一定距離內(nèi)接收腦電波，而且傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，再通過認(rèn)知模擬技術(shù)去解讀腦電波時(shí)，其引發(fā)的問題將更為嚴(yán)重。
“Kurzweil寫了《奇點(diǎn)臨近》一書，他相信到了2030年，計(jì)算機(jī)的心智將超過人類……我對(duì)此持懷疑態(tài)度，但是萬一他要是說對(duì)了呢?”瑟夫在回答本報(bào)記者“未來互聯(lián)網(wǎng)的智力是否會(huì)超越人類”時(shí)如是說。
這位讓瑟夫都將信將疑的人，正是美國的一位知名發(fā)明家和未來學(xué)家。他獲獎(jiǎng)無數(shù)，單是榮譽(yù)博士稱號(hào)就多達(dá)17個(gè)。他曾經(jīng)發(fā)明了平板掃描儀、 OCR、文本語音合成技術(shù)，他在1980年出版的《智能機(jī)器時(shí)代》一書中預(yù)言，1998年電腦將戰(zhàn)勝棋王。后來只是因?yàn)镮BM的研發(fā)人員太努力，將他的預(yù) 言提前1年實(shí)現(xiàn)。
盡管腦機(jī)接口、認(rèn)知模擬等技術(shù)的成熟還遙遙無期，但它們帶來的將是全新而巨大的挑戰(zhàn)。因此，從現(xiàn)在開始，就應(yīng)該重視這個(gè)問題。
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