無論是馬斯克在腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)上的重大突破，包括其設(shè)備獲得FDA突破性設(shè)備計(jì)劃批準(zhǔn)的消息，還是以Neuralink、Mind Maze、Neuro Pace、BrainCo為代表的全球腦機(jī)接口公司這些設(shè)備的頻繁出現(xiàn)，表明曾經(jīng)被認(rèn)為是科幻小說的腦機(jī)接口如今已成為現(xiàn)實(shí)。

腦機(jī)接口的熱議似乎正在走向賽博朋克中關(guān)于人機(jī)的預(yù)言，即所謂的自由個(gè)體最終會成為虛構(gòu)的故事，變成生化算法的組合。此前，《黑鏡》和《黑客帝國》都從反烏托邦的角度討論了腦機(jī)存在的未來意義。

當(dāng)然，討論腦機(jī)接口的未來意義是有必要的，因?yàn)樗P(guān)系到人類文明的成長和社會整體秩序的更新，但事實(shí)上，大多數(shù)腦機(jī)接口技術(shù)最初都是作為醫(yī)療用途而發(fā)展起來的。應(yīng)用程序。在遙遠(yuǎn)的人機(jī)預(yù)言實(shí)現(xiàn)之前，回歸腦機(jī)接口技術(shù)最初的醫(yī)學(xué)使命，也將有助于我們更加接近腦機(jī)接口的現(xiàn)實(shí)。

腦機(jī)接口年

腦機(jī)接口作為一種不依賴周圍神經(jīng)和肌肉正常傳出路徑的通信控制系統(tǒng)，可以采集和分析大腦生物電信號，在計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備與大腦之間建立直接的通信和控制路徑。

雖然腦機(jī)接口近年來才成為前沿科技研究的熱點(diǎn)，但從更長的時(shí)間域來看，會發(fā)現(xiàn)腦機(jī)接口研究的整體歷史更長、復(fù)雜得多。

首先，腦機(jī)接口的第一階段是對大腦結(jié)構(gòu)的理論認(rèn)識。 1924年，德國神經(jīng)科學(xué)家漢斯·伯杰首次記錄了人腦的電活動(dòng)，并于1927年發(fā)表了關(guān)于人腦電波（腦電圖，簡稱EEG）的開創(chuàng)性工作。作為腦機(jī)接口技術(shù)的第一個(gè)通用方法，腦電圖神經(jīng)反饋已經(jīng)使用了幾十年。

簡單來說，當(dāng)大腦神經(jīng)開始處理信息時(shí)，就會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁信號。電磁模式的變化反映了皮質(zhì)區(qū)域當(dāng)前的活動(dòng)水平。這些信號被放大并編譯成包含信息的信號。通過這種方式，研究人員可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并使用算法來推斷大腦想要表達(dá)的內(nèi)容。

對于這些腦電波（EEG），人們首先在時(shí)域中分析其波形（峰值分析法），然后研究人員利用傅里葉變換或小波變換來分析腦電信號在頻域中的能量分布（能量譜分析法）可以將腦電波分為波、波、波和波）。

上世紀(jì)中后期以來，混沌動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)。人們發(fā)現(xiàn)，由于腦神經(jīng)天然的復(fù)雜性，腦電波更加不穩(wěn)定和非線性。因此，越來越多的研究者開始采用混沌動(dòng)力學(xué)研究方法。分析腦電波和大腦皮層結(jié)構(gòu)。其中，分形維數(shù)（FD）是混沌動(dòng)力學(xué)在腦電波分析中使用的工具之一。

腦電波的第二階段是大腦信號的解碼應(yīng)用。 1970 年，美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA) 啟動(dòng)了一項(xiàng)利用腦電圖探索大腦通訊的計(jì)劃。

1976年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Jacques J. Vidal發(fā)表腦機(jī)直接通訊的開創(chuàng)性理論和技術(shù)建議，創(chuàng)造性地給出了沿用至今的腦機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)定義，并定義了腦機(jī)界面作為研究和開發(fā)的重點(diǎn)是神經(jīng)修復(fù)，幫助患者恢復(fù)受損的視力、聽力和運(yùn)動(dòng)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，第一個(gè)人類神經(jīng)假體裝置在20 世紀(jì)90 年代中期出現(xiàn)。 1998年是腦機(jī)接口研究的又一個(gè)里程碑。研究人員菲利普·肯尼迪首次將腦機(jī)接口設(shè)備植入人體，并利用無線雙電極獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

于是，腦機(jī)接口受到了更多的關(guān)注，其無需依賴周圍神經(jīng)和肌肉的參與就能實(shí)現(xiàn)大腦與計(jì)算機(jī)之間的交流，凸顯了該技術(shù)在輔助治療中風(fēng)、腦癱等殘疾患者方面的作用。癲癇。的價(jià)值。

腦機(jī)接口第三階段是從實(shí)驗(yàn)室走向市場。 2006年，布朗大學(xué)的一個(gè)研究小組首次在大腦運(yùn)動(dòng)皮層植入腦機(jī)接口裝置，可用于控制老鼠。 2012年，腦機(jī)接口設(shè)備已經(jīng)能夠進(jìn)行更復(fù)雜、更廣泛的操作，讓癱瘓患者能夠控制機(jī)械臂、喝水、吃飯、打字以及與他人交流。

2014年巴西世界杯開幕式上，高位截癱青年朱利亞諾·平托借助腦機(jī)接口和人工外骨骼技術(shù)進(jìn)球； 2016年，內(nèi)森·科普蘭用意念控制機(jī)械臂與美國總統(tǒng)奧巴馬握手。

2017年，BrainGate團(tuán)隊(duì)通過植入腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了對植入功能性電刺激裝置的控制，相當(dāng)于用外部電腦修復(fù)了原有神經(jīng)回路斷裂處的連接，讓脊髓患者受傷者可以通過大腦活動(dòng)來控制自己的手臂，獨(dú)立地進(jìn)行一些日常活動(dòng)。

至此，這種閉環(huán)腦機(jī)接口操控本質(zhì)上已經(jīng)接近于以往人們在科幻作品中看到的未來形象，以及腦機(jī)接口作為人體器官延伸的思路成為自然人體的一部分已經(jīng)真正成為可能。

從醫(yī)療任務(wù)到現(xiàn)實(shí)生活

隨著技術(shù)的發(fā)展和市場需求的逐步擴(kuò)大，腦機(jī)接口技術(shù)最初僅為無法移動(dòng)的患者提供輔助治療，現(xiàn)已擴(kuò)展到拼寫、控制指針移動(dòng)等應(yīng)用。與此同時(shí)，各種具有控制神經(jīng)假體功能的腦機(jī)接口系統(tǒng)和信號處理技術(shù)也開始在此基礎(chǔ)上發(fā)展。

醫(yī)療康復(fù)是腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用最重要的方面。腦機(jī)接口可以通過與環(huán)境的交互來替代嚴(yán)重癱瘓患者的多種功能。它們還可以促進(jìn)大腦重塑，以恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能、減少殘疾并提高患者的生活質(zhì)量。

例如，患有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙的患者可以借助腦機(jī)接口技術(shù)，利用意念控制機(jī)械臂操作來完成一些復(fù)雜的動(dòng)作，其中包括肌萎縮側(cè)索硬化癥、脊髓損傷等殘疾患者使用腦機(jī)接口機(jī)械假肢。或者腦機(jī)接口電動(dòng)輪椅來彌補(bǔ)一些功能。運(yùn)動(dòng)功能喪失的患者有望利用腦機(jī)接口技術(shù)，利用自己的腦電圖來控制輪椅或機(jī)器人，輔助一些基本的運(yùn)動(dòng)功能。

另一方面，研究證實(shí)腦機(jī)接口技術(shù)對于中風(fēng)導(dǎo)致的四肢癱瘓患者，尤其是閉鎖綜合征患者也能有一定的改善效果。腦機(jī)接口技術(shù)還可以刺激暫時(shí)植物人狀態(tài)的患者大腦，恢復(fù)部分大腦功能。這也顯示了腦機(jī)接口在大腦可塑性方向上的巨大前景。

在8月27日的Neuralink發(fā)布會上，馬斯克表示，未來每個(gè)人的大腦都可以植入芯片，解決從記憶喪失到聽力喪失、失明、癱瘓、抑郁、失眠、焦慮、中風(fēng)、腦損傷等問題等，提高嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的生活質(zhì)量。

基于利用腦神經(jīng)信號控制體外設(shè)備，更好地了解直接滿足特殊需求的初級腦機(jī)接口，可以讓我們更深入地了解腦機(jī)接口的現(xiàn)實(shí)及其面臨的實(shí)現(xiàn)困難。這個(gè)階段。 —— 無論是醫(yī)療康復(fù)還是腦部疾病的治療，都需要攻克腦電信號解碼的難題。

以馬斯克的Neuralink腦機(jī)接口項(xiàng)目為例。事實(shí)上，他的設(shè)備除了可以實(shí)現(xiàn)更多的電極、更軟的電極以及設(shè)備小型化之外，在解碼腦電信號方面本質(zhì)上沒有任何突破。

人類語言是一個(gè)高度創(chuàng)造性的系統(tǒng)，其使用不受語法規(guī)則之外的任何限制。也就是說，經(jīng)過幾百萬年的進(jìn)化，現(xiàn)實(shí)生活中的對話已經(jīng)成為集聲音、符號、手勢、表情于一體的成熟的交流系統(tǒng)，而且這個(gè)系統(tǒng)還在日新月異地完善，僅僅依靠腦電波?？梢韵胂?，僅使用一維信號來解碼這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)是多么困難。

人腦是一個(gè)時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)的器官，其腦電信號是連續(xù)的。尤其是現(xiàn)實(shí)中，人腦在執(zhí)行聽、說功能的同時(shí)，常常會執(zhí)行觸覺、視覺、味覺、嗅覺和運(yùn)動(dòng)等功能。多種功能的操作。

但事實(shí)上，到目前為止，目前的科學(xué)只知道人類的語言功能與大腦的分裂有關(guān)。它不知道數(shù)百億個(gè)神經(jīng)元中的映射機(jī)制，也不知道不同功能腦區(qū)之間的具體干擾。

語言的解碼并不局限于聽和說帶來的聲波信號。每個(gè)詞、每個(gè)句子也賦予人們一種語義，而這種語義反饋對于每個(gè)人來說都會不同。

例如，世界上有數(shù)以萬計(jì)的語言和方言，因此對于相同的語義，不同語言和方言對應(yīng)的腦電信號可能會有所不同，甚至對于使用相同語言的人來說，同一個(gè)人在不同的環(huán)境、不同的年齡、不同的情緒下，都會有不同的感受。腦電圖信號可能因州而異。而且，對于同一個(gè)人在同一時(shí)間，同一個(gè)詞可能會引起不同程度刺激的腦電信號。

同時(shí)，還有更多語言之外的意識?？谡Z和聽到的語言都具有聲波的物理特性。這些物理信號是確定的刺激信號，而意識則具有更大的模糊不確定性。

在遙遠(yuǎn)的人機(jī)預(yù)言實(shí)現(xiàn)之前，回歸腦機(jī)接口技術(shù)最初的醫(yī)學(xué)使命，也將有助于我們更加接近腦機(jī)接口的現(xiàn)實(shí)。顯然，與人體的其他組織相比，人類的大腦也有著更加精致的結(jié)構(gòu)。破解人腦的秘密還需要更多的探索，距離成熟的腦機(jī)接口技術(shù)可能還有很長的路要走。