想象一下，只需通過思考即可控制您的計算機。這聽起來很遙遠，但這些所謂的腦機接口正在取得真正的進步。更多的研究人員和公司正在進入該領域。然而，從用戶培訓到侵入性腦植入手術的現實，仍然存在重大挑戰(zhàn)。

豬腦中的傳感器——這就是埃隆·馬斯克目前正在研究的內容。這位企業(yè)家主要以他在特斯拉和SpaceX的工作而聞名，但他也是Neuralink的幕后推手，這是一家承諾改變腦機接口的公司。這些設備將允許人類使用他們的大腦控制計算機。Neuralink正在豬身上測試他們的新技術。在9月的新聞發(fā)布會上，馬斯克甚至小跑了一只帶有大腦植入物的豬，可以追蹤對她鼻子的刺激。

所有這些聽起來都像是科幻小說或炒作，但這個研究領域很有希望。腦機接口或BCI可能在不久的將來幫助腦損傷或運動能力受損的患者恢復或更好地與周圍環(huán)境互動。運動能力下降的人可以用他們的大腦控制機械化的輪椅，甚至可以控制家用電器和電視或恒溫器等設備，而無需抬起手指，增加他們的獨立性。從長遠來看，它甚至可能有助于提高人們的認知能力。但就目前而言，一系列技術和人類挑戰(zhàn)依然存在。

接口

法國InriaBordeaux-Sud-Ouest研究主任FabienLotte博士正在研究此類挑戰(zhàn)。“大多數腦機接口都能工作，但效果不佳，”他說。

BCI有兩種主要類型：非侵入性和侵入性。非侵入性版本是最常見的，只是放置在人頭上的傳感器，就像一頂裝滿電線的高科技帽子。他們測量大腦活動并將該數據轉換為計算機。另一方面，侵入性腦機接口是放置在頭骨內的傳感器，這正是Neuralink正在探索的領域。

BCI可能希望根據用戶的大腦活動使鼠標指針向左或向右移動。Lotte博士提到，平均而言，BCI大約有60%到80%的時間正確，盡管這取決于包含多少心理命令。僅使光標向左或向右移動的系統僅包含兩個心理命令，準確率更高，約為70%至80%。因此，每隔幾次嘗試，系統就會出錯。“如果電腦鼠標犯了那么多錯誤，你就不會使用它，”洛特博士說。

但對于Lotte博士來說，問題可能不僅在于技術，還在于使用BCI的人。“控制BCI是一項您需要學習的技能，”他說。“我們不僅需要好的技術，還需要訓練有素的用戶。”

Lotte博士領導了一個名為BrainConquest的研究項目，旨在為非侵入性BCI用戶設計更好的培訓。研究人員讓用戶進行練習，就像用大腦玩電子游戲一樣，讓用戶思考需要在屏幕上執(zhí)行的動作。但該團隊也在設計更好的反饋系統，例如為用戶的手提供振動的觸覺手套。

社會反饋，如鼓勵，也經過測試。他們甚至設計了一個名為PEANUT的人工伴侶，它看起來像一個可愛的卡通機器人，屏幕上有一張臉。“很難有一個始終如一的人類老師，”洛特博士說，他認為人工伴侶可以對大腦活動提供更統一的解釋，并且仍然可以提供有用的反饋體驗。

該研究仍在進行中，但在某些用戶中顯示出顯著的收益。觸覺和視覺反饋的結合使整個測試組的準確度平均提高了5%。PEANUT對喜歡集體工作的人有積極的影響。如果沒有PEANUT，它們的準確率平均為63%，根據用戶的不同，準確率會上升5%到10%。但是，喜歡單獨工作的用戶會發(fā)現當PEANUT存在時性能會下降。

數據

另一方面，技術也仍然是一個挑戰(zhàn)。美國查普曼大學助理教授AaronSchurger博士認為，可以改進BCI使用數據分析的方法。傳統上，BCI僅使用用戶想要采取行動時的數據。例如，當用戶想讓鼠標指針向左移動時，他們會收集大量大腦數據，并使用它來更好地意識到他們何時需要采取該行動。

但Schurger博士認為，我們需要超越那組狹窄的信息，還包括大腦處于休息狀態(tài)時的數據。這是他之前在研究項目ACTINIT中探索的一個概念。“我們現在正在查看所有數據，”舒格博士說。“不僅僅是運動前的數據。”

Schurger博士將其比作天氣預報，氣象學家使用大量天氣數據來預測將會發(fā)生的事情。'如果你想預測什么時候會下雨，如果你只看下雨天，你不會做得很好。那樣你會錯過一半的畫面。

然而，如果BCI想要真正解決目前困擾他們的問題，可能需要采取比用戶培訓或更好的數據分析更激進的行動。這將要求研究人員超越非侵入性技術。一種關鍵的非侵入性方法稱為EEG或腦電圖。這里的電極連接在頭皮上，用于測量大腦內部神經元發(fā)送的電流。“腦電圖測量反映大腦活動的微電流，”洛特博士說。

當一個人采取行動或思考它時，可能會激活數十萬個神經元，從而產生足夠大的電流，可以在頭皮上進行測量。然后軟件系統嘗試理解這些數據并將其與動作或思想聯系起來。

但對于Schurger博士來說，腦電圖實際上已經趨于平穩(wěn)。他說：“人們已經在這個問題上工作了三到四年，而且很長一段時間沒有任何重大突破。”

顱骨

這里的關鍵問題是頭骨的厚度。它可能會很好地保護我們的大腦，但它也會讓我們更難找出下面發(fā)生了什么。

“來自大腦的信號非常微弱，”舒格博士說。“想象一下，你在一個擁擠的足球場上方放置了幾個麥克風，并且你正試圖接聽一個對話。你可能會意識到進球是什么時候，但那一次談話很難區(qū)分。

解決辦法是走進體育場，更接近行動。或者對于BCI，鉆入頭骨并將傳感器直接連接到大腦。這給了研究人員一個更好的信號，自1970年代后期以來，侵入性腦機接口已經安裝在人類身上，在實驗案例中，它們恢復了盲人患者的部分視力，并允許癱瘓的人控制假肢。但它們也伴隨著一系列的醫(yī)學考慮。

首先，醫(yī)生需要說服患者和監(jiān)管機構讓他們在人的頭部安裝一個設備。最重要的是，可能會有醫(yī)療并發(fā)癥。患者的身體可能會在傳感器周圍生長免疫組織，甚至排斥它。這可能會導致設備發(fā)出更糟糕的信號，或對患者的健康產生負面影響。“你的頭骨中有異物，”舒格博士說。“身體往往想要拒絕這一點。”

由于這些原因，人類和機器融合在一起以增強認知能力的更具未來感的應用可能需要等待一段時間。根據Schurger博士的說法，就目前而言，醫(yī)療應用可能會主導該領域。

無創(chuàng)

但即使BCI系統不能很好地工作，仍然可以找到應用程序。Lotte博士提到無創(chuàng)BCI可以幫助中風患者康復，他還與波爾多的Pellegrin醫(yī)院進行了探討。今天的中風患者已經需要鍛煉他們大腦的受損部分，例如，思考某個動作。BCI可以通過向患者提供有關這種大腦鍛煉的反饋來幫助他們，盡管在項目中展示有效性結果還為時過早。

“在這里，系統不是很可靠并不重要，”洛特博士說。'你不是想控制什么。您正在嘗試重新學習如何使用該區(qū)域并改善恢復。

Lotte博士提到的另一個用例是被動BCI。該技術用于監(jiān)測大腦活動。未來，飛行員等高風險專業(yè)人士可以在飛行過程中佩戴無創(chuàng)BCI，以監(jiān)測他們的疲勞和注意力。通過監(jiān)測他們的大腦活動，其他船員可以檢測到他們何時太累或不知所措。甚至可以使用相同的概念來衡量學生的參與度，以確定如何調整學習材料。

Lotte博士不想預測BCI(無論是侵入性還是非侵入性)何時可能會得到更廣泛的采用。但他注意到BCI初創(chuàng)公司越來越頻繁地出現。“BCI研究已成為過去幾年的熱門話題，”他說。“許多實驗室和公司都在研究它，但到目前為止它還不可靠。”

舒格博士同意。他對炒作提出警告，但仍然認為該領域正在發(fā)展。“有創(chuàng)BCI的使用將在未來五到十年內增加，”Schurger博士說。“對于醫(yī)療用途，我們可能會在此期間看到重大活動。”

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