想象一下，只需通過(guò)思考即可控制您的計(jì)算機(jī)。這聽(tīng)起來(lái)很遙遠(yuǎn)，但這些所謂的腦機(jī)接口正在取得真正的進(jìn)步。更多的研究人員和公司正在進(jìn)入該領(lǐng)域。然而，從用戶培訓(xùn)到侵入性腦植入手術(shù)的現(xiàn)實(shí)，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(nèi)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(jī)接口的公司。這些設(shè)備將允許人類使用他們的大腦控制計(jì)算機(jī)。Neuralink正在豬身上測(cè)試他們的新技術(shù)。在9月的新聞發(fā)布會(huì)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(duì)她鼻子的刺激。

所有這些聽(tīng)起來(lái)都像是科幻小說(shuō)或炒作，但這個(gè)研究領(lǐng)域很有希望。腦機(jī)接口或BCI可能在不久的將來(lái)幫助腦損傷或運(yùn)動(dòng)能力受損的患者恢復(fù)或更好地與周圍環(huán)境互動(dòng)。運(yùn)動(dòng)能力下降的人可以用他們的大腦控制機(jī)械化的輪椅，甚至可以控制家用電器和電視或恒溫器等設(shè)備，而無(wú)需抬起手指，增加他們的獨(dú)立性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它甚至可能有助于提高人們的認(rèn)知能力。但就目前而言，一系列技術(shù)和人類挑戰(zhàn)依然存在。

接口

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

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(jiàn)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(cè)量大腦活動(dòng)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)。另一方面，侵入性腦機(jī)接口是放置在頭骨內(nèi)的傳感器，這正是Neuralink正在探索的領(lǐng)域。

BCI可能希望根據(jù)用戶的大腦活動(dòng)使鼠標(biāo)指針向左或向右移動(dòng)。Lotte博士提到，平均而言，BCI大約有60%到80%的時(shí)間正確，盡管這取決于包含多少心理命令。僅使光標(biāo)向左或向右移動(dòng)的系統(tǒng)僅包含兩個(gè)心理命令，準(zhǔn)確率更高，約為70%至80%。因此，每隔幾次嘗試，系統(tǒng)就會(huì)出錯(cuò)。“如果電腦鼠標(biāo)犯了那么多錯(cuò)誤，你就不會(huì)使用它，”洛特博士說(shuō)。

但對(duì)于Lotte博士來(lái)說(shuō)，問(wèn)題可能不僅在于技術(shù)，還在于使用BCI的人。“控制BCI是一項(xiàng)您需要學(xué)習(xí)的技能，”他說(shuō)。“我們不僅需要好的技術(shù)，還需要訓(xùn)練有素的用戶。”

Lotte博士領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)名為BrainConquest的研究項(xiàng)目，旨在為非侵入性BCI用戶設(shè)計(jì)更好的培訓(xùn)。研究人員讓用戶進(jìn)行練習(xí)，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(dòng)作。但該團(tuán)隊(duì)也在設(shè)計(jì)更好的反饋系統(tǒng)，例如為用戶的手提供振動(dòng)的觸覺(jué)手套。

社會(huì)反饋，如鼓勵(lì)，也經(jīng)過(guò)測(cè)試。他們甚至設(shè)計(jì)了一個(gè)名為PEANUT的人工伴侶，它看起來(lái)像一個(gè)可愛(ài)的卡通機(jī)器人，屏幕上有一張臉。“很難有一個(gè)始終如一的人類老師，”洛特博士說(shuō)，他認(rèn)為人工伴侶可以對(duì)大腦活動(dòng)提供更統(tǒng)一的解釋，并且仍然可以提供有用的反饋體驗(yàn)。

該研究仍在進(jìn)行中，但在某些用戶中顯示出顯著的收益。觸覺(jué)和視覺(jué)反饋的結(jié)合使整個(gè)測(cè)試組的準(zhǔn)確度平均提高了5%。PEANUT對(duì)喜歡集體工作的人有積極的影響。如果沒(méi)有PEANUT，它們的準(zhǔn)確率平均為63%，根據(jù)用戶的不同，準(zhǔn)確率會(huì)上升5%到10%。但是，喜歡單獨(dú)工作的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)PEANUT存在時(shí)性能會(huì)下降。

數(shù)據(jù)

另一方面，技術(shù)也仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。美國(guó)查普曼大學(xué)助理教授AaronSchurger博士認(rèn)為，可以改進(jìn)BCI使用數(shù)據(jù)分析的方法。傳統(tǒng)上，BCI僅使用用戶想要采取行動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)用戶想讓鼠標(biāo)指針向左移動(dòng)時(shí)，他們會(huì)收集大量大腦數(shù)據(jù)，并使用它來(lái)更好地意識(shí)到他們何時(shí)需要采取該行動(dòng)。

但Schurger博士認(rèn)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(shí)的數(shù)據(jù)。這是他之前在研究項(xiàng)目ACTINIT中探索的一個(gè)概念。“我們現(xiàn)在正在查看所有數(shù)據(jù)，”舒格博士說(shuō)。“不僅僅是運(yùn)動(dòng)前的數(shù)據(jù)。”

Schurger博士將其比作天氣預(yù)報(bào)，氣象學(xué)家使用大量天氣數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)將會(huì)發(fā)生的事情。'如果你想預(yù)測(cè)什么時(shí)候會(huì)下雨，如果你只看下雨天，你不會(huì)做得很好。那樣你會(huì)錯(cuò)過(guò)一半的畫(huà)面。

然而，如果BCI想要真正解決目前困擾他們的問(wèn)題，可能需要采取比用戶培訓(xùn)或更好的數(shù)據(jù)分析更激進(jìn)的行動(dòng)。這將要求研究人員超越非侵入性技術(shù)。一種關(guān)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(cè)量大腦內(nèi)部神經(jīng)元發(fā)送的電流。“腦電圖測(cè)量反映大腦活動(dòng)的微電流，”洛特博士說(shuō)。

當(dāng)一個(gè)人采取行動(dòng)或思考它時(shí)，可能會(huì)激活數(shù)十萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，從而產(chǎn)生足夠大的電流，可以在頭皮上進(jìn)行測(cè)量。然后軟件系統(tǒng)嘗試?yán)斫膺@些數(shù)據(jù)并將其與動(dòng)作或思想聯(lián)系起來(lái)。

但對(duì)于Schurger博士來(lái)說(shuō)，腦電圖實(shí)際上已經(jīng)趨于平穩(wěn)。他說(shuō)：“人們已經(jīng)在這個(gè)問(wèn)題上工作了三到四年，而且很長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有任何重大突破。”

顱骨

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

“來(lái)自大腦的信號(hào)非常微弱，”舒格博士說(shuō)。“想象一下，你在一個(gè)擁擠的足球場(chǎng)上方放置了幾個(gè)麥克風(fēng)，并且你正試圖接聽(tīng)一個(gè)對(duì)話。你可能會(huì)意識(shí)到進(jìn)球是什么時(shí)候，但那一次談話很難區(qū)分。

解決辦法是走進(jìn)體育場(chǎng)，更接近行動(dòng)?；蛘邔?duì)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(gè)更好的信號(hào)，自1970年代后期以來(lái)，侵入性腦機(jī)接口已經(jīng)安裝在人類身上，在實(shí)驗(yàn)案例中，它們恢復(fù)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(xué)考慮。

首先，醫(yī)生需要說(shuō)服患者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)讓他們?cè)谌说念^部安裝一個(gè)設(shè)備。最重要的是，可能會(huì)有醫(yī)療并發(fā)癥?；颊叩纳眢w可能會(huì)在傳感器周圍生長(zhǎng)免疫組織，甚至排斥它。這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)出更糟糕的信號(hào)，或?qū)颊叩慕】诞a(chǎn)生負(fù)面影響。“你的頭骨中有異物，”舒格博士說(shuō)。“身體往往想要拒絕這一點(diǎn)。”

由于這些原因，人類和機(jī)器融合在一起以增強(qiáng)認(rèn)知能力的更具未來(lái)感的應(yīng)用可能需要等待一段時(shí)間。根據(jù)Schurger博士的說(shuō)法，就目前而言，醫(yī)療應(yīng)用可能會(huì)主導(dǎo)該領(lǐng)域。

無(wú)創(chuàng)

但即使BCI系統(tǒng)不能很好地工作，仍然可以找到應(yīng)用程序。Lotte博士提到無(wú)創(chuàng)BCI可以幫助中風(fēng)患者康復(fù)，他還與波爾多的Pellegrin醫(yī)院進(jìn)行了探討。今天的中風(fēng)患者已經(jīng)需要鍛煉他們大腦的受損部分，例如，思考某個(gè)動(dòng)作。BCI可以通過(guò)向患者提供有關(guān)這種大腦鍛煉的反饋來(lái)幫助他們，盡管在項(xiàng)目中展示有效性結(jié)果還為時(shí)過(guò)早。

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

Lotte博士提到的另一個(gè)用例是被動(dòng)BCI。該技術(shù)用于監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)。未來(lái)，飛行員等高風(fēng)險(xiǎn)專業(yè)人士可以在飛行過(guò)程中佩戴無(wú)創(chuàng)BCI，以監(jiān)測(cè)他們的疲勞和注意力。通過(guò)監(jiān)測(cè)他們的大腦活動(dòng)，其他船員可以檢測(cè)到他們何時(shí)太累或不知所措。甚至可以使用相同的概念來(lái)衡量學(xué)生的參與度，以確定如何調(diào)整學(xué)習(xí)材料。

Lotte博士不想預(yù)測(cè)BCI(無(wú)論是侵入性還是非侵入性)何時(shí)可能會(huì)得到更廣泛的采用。但他注意到BCI初創(chuàng)公司越來(lái)越頻繁地出現(xiàn)。“BCI研究已成為過(guò)去幾年的熱門話題，”他說(shuō)。“許多實(shí)驗(yàn)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(duì)炒作提出警告，但仍然認(rèn)為該領(lǐng)域正在發(fā)展。“有創(chuàng)BCI的使用將在未來(lái)五到十年內(nèi)增加，”Schurger博士說(shuō)。“對(duì)于醫(yī)療用途，我們可能會(huì)在此期間看到重大活動(dòng)。”

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