脑机接口技术简介:
脑机接口，它是在人或动物脑与外部设备间建立的直接连接通路。 按照传输模式分为单向接口和双向接口：在单向脑机接口的情况下，计算机接受大脑传来的命令，或者发送信号到大脑，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许大脑和外部设备间的双向信息交换。 按照接入方式分为“侵入式”和“非侵入式”。侵入式脑机接口需要通过开颅手术或者钻透颅骨将脑电传感器植入脑内，可能会导致患者大脑的长期炎症。非侵入脑机接口虽然对人没有伤害，但是脑电信号微弱，识别准确率和实时性受限。 脑机接口的概念最先于1973年提出。 2006年，布朗大学研究团队完成首个大脑运动皮层脑机接口设备植入手术，能够用来控制鼠标。 2008年，匹兹堡大学神经生物学家宣称利用脑机接口，猴子能用操纵机械臂给自己喂食——这标志着该技术发展已经容许人们将动物脑与外部设备直接相连。 2012年，脑机接口设备已能够胜任更复杂和广泛的操作，得以让瘫痪病人对机械臂进行操控，自己喝水、吃饭、打字与人交流。 2014年巴西世界杯开幕式，高位截瘫青年Juliano Pinto在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出一球。 2016年，Nathan Copeland用意念控制机械手臂和美国总统奥巴马握手。 2019 年 1 月，Chmielewski 作为约翰斯·霍普金斯大学一项脑机接口研究的参与者，通过一次长达 10 小时的手术，将六个微电极阵列（MEA）植入大脑两侧。随后，研究者一直试图通过不断的改善和训练，让他获得同时控制两个假肢的能力。 2020年8月29日，埃隆·马斯克自己旗下的脑机接口公司Neuralink举行发布会，找来“三只小猪”向全世界展示了可实际运作的脑机接口芯片和自动植入手术设备。 2022年3月，中国神经外科领域的一项新突破，脑机接口柔性电极技术在世界顶级学术期刊《科学》杂志上发表。这项突破是一种脑机接口柔性电极技术，由首都医科大学附属北京天坛医院研发，是提高手术精准度、保护神经功能的关键技术。该技术将仅有2微米大小的电极点组成的新型柔性电极，通过手术放到大脑上，帮助医生更精确“看”到大脑内部神经等，从而最大限度保护大脑功能。 2022年6月25日，我国自主研发的国内首款介入式脑机接口完成动物试验。 马斯克脑机接口芯片发布会： 太平洋时间2020年8月28日15:40（北京时间8月29日上午6:40），埃隆·马斯克（ElonMusk）旗下的脑机接口公司Neuralink举行发布会，展示了最新的可穿戴设备 LINK V0.9 和手术机器人，并通过现场的三只小猪和实时神经元活动演示，展示了Neuralink 脑机接口技术的实际应用过程。 在Neuralink的发布会上，马斯克介绍了两个设备。一个是只有硬币大小，拥有1024个信道，可以置于颅骨内侧，读取脑神经活动信息，实时无线传输脑电波数据的芯片，几乎可以在白天使用一整天后，晚上进行充电；另一个是一台可以避开血管，在颅骨上开一小孔，将芯片快速、精准植入预定位置的外科手术机器人，手术机器人能够发射脉冲，完成开颅、植入感受器、黏合等所有步骤，整个过程都是全自动的。机器人可以对大脑进行图像识别，避免对大脑的潜在伤害，尤其是对神经元的伤害。 在发布会现场，马斯克展示了3只小猪，它们是脑机接口手术的对照组。脑机接口系统有三千多个电极，可以监测一千多个神经元，通过外科手术植入大脑。当小猪在场地中行走时，其脑电波信号通过脑机接口设备传输到大屏幕上，以图像+声音的形式十分直观地展示了出来。
6月25日，我国自主研发的国内首款介入式脑机接口在北京成功完成动物试验。
本次试验是国内首次在羊脑内实现介入式脑机接口，突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端，填补了国内介入式脑机接口领域空白。 段峰团队牵头研发的介入式脑机接口技术只需要通过类似心脏搭桥的微创手术便可实现脑机连接。团队采用治疗中风的神经介入技术，通过静脉将脑电传感器植入大脑运动皮层、视觉皮层等脑区后，神经支架膨胀，将电极挤压在靠近大脑的血管壁上，从而获取相应脑区信号。这一技术最大的优点是不需要颅骨钻孔或开颅手术即可获得脑电信号，整个手术植入过程可在两小时内完成。 此次试验的脑电极植入术，由河北工业大学教授张建华团队研发的介入机器人辅助完成。该机器人采用主从操作方式，由首都医科大学宣武医院神经外科主任医师马永杰在主端操作，成功完成了部分血管造影。试验最终在羊脑血管内完成了传感器植入，并成功采集到了脑电信号。 脑机接口技术的应用：（主要医用） 替代：脑机接口系统的输出可能取代由于损伤或疾病而丧失的自然输出，如丧失说话能力的人通过脑机接口输出文字，或通过语音合成器发声。以已故著名物理学家霍金为代表的脊髓侧索硬化症患者，以及重症肌无力患者、因事故导致高位截瘫的患者等重度运动障碍患者群体。 恢复：脑机接口的输出可以恢复丧失的功能。如人工耳蜗已经帮助数十万失聪病人恢复听力，人工眼球可以帮助失明病人重新看见东西等。 改善：例如针对康复领域，对于中风病人，脑机接口可以从受损的皮层区采集信号，然后刺激肌肉或控制矫形器，改善手臂运动。癫痫病人的大脑会出现某个区域的神经元异常放电，通过脑机接口技术检测到神经元异常放电后，可以对大脑进行相应的电刺激，从而减少癫痫发作。运动想象脑机接口在针对自闭症儿童的康复训练中正在承担重要的角色。通过让这些儿童参与基于自身感觉运动皮层激活程度强弱实时反馈的游戏项目，可以提升他们对感觉运动皮层激活程度的自我控制能力，从而改善自闭症的症状。类似的脑机接口神经反馈训练范式也有望在多动症、抑郁症等治疗中发挥积极作用。 增强：主要是针对健康人而言，实现机能的扩展。在工程心理学领域，机动车驾驶员、飞行员、航空空中交通管制员等特殊作业岗位人员的认知负荷、疲劳程度等状态对于作业绩效、工作安全都十分重要。脑机接口所提供的实时监测数据为工作管理提供了重要的客观依据，能够更好地保证人员安全和工作绩效。 补充：对于控制领域，除了手控的方法之外还可以增加脑控方式，实现多模态控制，这里脑机接口作为原来单一控制方法的补充。在游戏娱乐领域，脑机接口为游戏玩家提供了独立于传统游戏控制方式之外的新的操作维度，丰富了游戏内涵并提升了游戏体验。 完全潜行技术： 完全潜行，是日本小说家川原砾的小说《刀剑神域》中的一种技术称呼，是虚拟现实技术的一种。指利用一种机器，用埋藏在机器内的无数信号原件产生多重电场，和使用者的脑部直接连接，直接对脑部传送虚拟的五感情报来生成虚拟空间。同时透过回收脑部发给身体的电子讯号，就算在虚拟空间内进行各种运动，现实世界的身体也毫无反应。 完全潜行技术主要的三个要求: 1.能够通过思维意志控制游戏角色。 2.能够在游戏中感受到真实的五感。 3.思维意志不再影响玩家身体行为。 想要实现第一点并不太过困难，起码现在已经有了类似科技。较为接近的是一个名为“神经脉冲激励者”的游戏控制器。利用一个头带来探测脑电波活动，并将其转换为游戏中的各种动作，通过驱动程序定义，可将某种脑电波信号定义为具体的键盘按键或鼠标动作。玩家使用它，不需要动一根指头，就可以在游戏中完成跑、跳、开火的动作。虽然这项科技都和刀剑里的那种流畅性控制还有着巨大差距，但作为一种雏形，已经可以看出其未来的可能性。但对于二、三俩点来说，短期内突破并不现实。 因在游戏世界里活动角色，现实中的身体并不会跟着动作，而意识也完全进到游戏中不受外界干扰而有此称呼。如果这项能够让人的所有感官完全沉浸于虚拟世界的技术真的出现了，那必将在智能媒体时代引发一股大浪潮。这项技术不仅难度大、工程大，还存在潜在的危险性。比如像动漫中描述的那样，进入潜行世界的人们都被困在虚拟世界里，精神与外界阻隔，联系不到外援，同时如果有人想强行脱离就会脑部神经烧坏而导致死亡。 以此看来未来未免会有不法分子在该技术还未完全受法律覆盖时利用其进行违法犯罪行为，会严重扰乱社会治安。尽管如此，完全潜行技术依然拥有很大的前景，军队可以利用其进行模拟军事演练和模拟战场，节约很大成本，医院可以让实习医生进行实景操作，使医生上手术台前的操作能更加精细。 小结： 总的来说，目前的脑机接口技术还是只能实现一些并不复杂的对于脑电信号的读取和转换，从而实现对于计算机/机器人的简单控制。要想实现直更为复杂的精细化的交互和功能，实现所想即所得，甚至实现将思维与计算机的完美对接，实现通过“下载”能够熟练的掌握新知识、新技能，而这还有很漫长的路要走。对于非侵入式的脑电技术，尽管相对侵入式技术容易获得分辨率更高的信号，但风险和成本依然很高。而对于侵入式脑机接口技术，在未来如果能解决人体排异反应及颅骨向外传输信息会减损这两大问题，再加上对于大脑神经元研究的深入，将有望实现对人的思维意识的实时准确识别。另外需要注意的一个问题是，当人的大脑意识可以被准确的读取，那么则意味着大脑当中丰富的隐私数据将有可能会被泄露或窃取，随着脑机接口技术的发展，未来无疑将需要提供足够安全的措施来保障用户的隐私数据安全。 完全潜行技术是通过截取并翻译大脑信号并输入到游戏中完成游戏的动作，这就需要脑神经领域的突破性发展，想要达成输入这一个阶段就要解决非浸入式脑机的技术瓶颈——头骨对信号的削弱。然后还要把游戏中的信号翻译成大脑可以读懂的信号来传回大脑，而人类现在甚至无法破译脑电波。其次就是伦理问题，如果完全潜行实现，那么就有一种设备可以获取你脑中想的所有东西，人类将没有隐私，一切自己经历的东西都可以被别人经历一遍。目前而言，并不现实。
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