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娱乐、治病还是让人变成机器?脑机接口的应用方向都有哪些

作者:赵青晖 编辑:汪金红
2017/04/07 22:12

雷锋网(公众号:雷锋网)「新智造」按:本文为雷锋网「新智造」栏目关于脑机接口创业市场的专题报道第二篇,在上一篇中我们报道了在脑机接口这个领域有过哪些比较出名的玩家(创业者、研究者),在本文中从现阶段的技术实现和应用分析未来脑机接口的发展方向。新智造作为雷锋网旗下栏目,关注智能时代的创新与创造,目标是找到这个行业还存在哪些机会。

在科幻的世界里,我们总有一个设想:

在未来,人类会慢慢地进化成“半机器人”。届时,人类会拥有机器的超高运算能力,机器大脑让我们越来越聪明;有超强的运动能力,高性能的机械四肢让人能够飞檐走壁;有超强的感知能力,人们能够接收到之前肉身难以感知的超声波等高频波段;人类的一切病痛也都能够通过更换机器器官来治愈,盲人能够通过机器视觉重见光明,瘫痪患者能够重新站起来……

这些设想虽看似科幻,但的的确确是我们目前科技发展的一个趋势,甚至可以说是对未来的一个憧憬。以上种种场景都离不开一种研究——脑机接口。

在上周,新智造为大家报道了在脑机接口这个领域有过哪些比较出名的玩家,详情请看 [这些公司和马斯克一样,想把大脑和机器连接起来 | 雷锋网],接下来新智造就给大家简单介绍一下,这个领域一些现阶段和未来的发展方向。

脑机的研究

娱乐、治病还是让人变成机器?脑机接口的应用方向都有哪些

要想了解脑机接口技术的用途,还得先了解一下目前该领域的研究状况。

在之前的文章中,新智造曾简单地提到了脑机接口的研究分类:侵入式和脑外式。其实在研究领域,更细分的来讲,可以分为三种,除了前两种之外,还有中间者——半侵入式。

那么这三种到底有什么不同呢?

首先,简单说一下大脑中的一个重要组成部分——灰质。灰质是大脑中的一种神经组织,是中枢神经系统的重要组成部分,由大量的神经元胞体及其树突聚集在一起形成。通常来说,把脑机接口植入到灰质上,获得的神经信号会很强,质量也非常高。

目前的脑机接口研究中所说的侵入式,就是直接把接口直接接入到这个位置。虽然这是最理想的脑机接口获取信号的方式,但是以目前的研究现状来说,有一个绕不过去的坎儿——移植后的异常反应。别说机器,就是其他人或生物的器官移植到人身上,都会被人体的免疫系统识别为异体而做出防御反应。把脑机接口直接植入到脑中极易引发这种免疫反应。另外,体内的愈伤组织会把植入时受破坏的组织重新愈合,长成类似疤痕的组织结构,时间长了会对接口接收信号的质量造成影响。

而之前提到的脑外式,通常都是把设备做成头盔或眼睛等穿戴设备,直接戴在脑袋上,靠设备上的信号设备来采集大脑发出的信号波。不过这种方式所采集到的信号非常不稳定,其主要原因一方面在于人脑中的颅骨对信号的传输有衰减作用,另一方面,神经元发出的信号传到脑外再被手机本身就会有扩散效应,让信号很难被精确检测到。

由于这两者都比较极端,所以我们今天提到的第三种半侵入式也慢慢地成为了脑机接口主要的研究对象之一。半侵入式也会将接口植入脑内,但一般都只是放到颅骨内、灰质外的地方,这样既能够减少颅骨对信号的衰减作用,又能尽量减少之前所说那种侵入式的不良反应,只是这种方式仍然没有侵入式所得到的信号优质,但已经强于脑外式很多了。

用途和局限

说了这三种研究,接下来就要说说脑机接口技术的应用方向。

目前来说,在脑机接口技术领域,主要的研究主力还在各大科研院所或高校,因为该领域会涉及多个学科,并且在应用层面还没有十分成熟,还处于一个萌芽阶段。现阶段涉及最多的领域大概分成三块:娱乐、恢复和增强。

在高校和科研院所方面,新智造询问了几个相关领域的研究生,经了解,一般导师们都会建议学生在前两项多做功夫,因为恢复和娱乐是离实现最近的一种,而增强还带着很浓重的科幻色彩。

娱乐机中VR

业界人士告诉新智造,目前在娱乐方向做的最多的是脑外机,之前新智造也相应提到过几家公司,他们分别利用脑机控制一些外部的机械装置(比如让兔耳朵立起或趴下)或用其玩一些移动设备上的软件游戏。

「不过这些东西都有点low,并没有什么实际功效,顶多就是尝尝鲜,要说真正的娱乐向的东西,还得在虚拟现实设备上」。

新智造在之前的报道中,并没有对虚拟现实应用的脑机接口进行说明,但是业界人士均向新智造表示,这是一个重要方向。

经了解,脑机接口的原理其实是一个闭环,即从脑到机再到脑的信号互相反馈,比如脑神经发出信号,机器捕捉信号,然后进行编码,用机器解析,然后机器再向脑部进行反馈。当然,这个闭环也可以做成单向的,比如“脑到机”或“机到脑”。

从现在的虚拟现实设备的研发来看,虽然从设备中人们看到的是一个类似真实的环境,但是这仅仅局限于视觉感官的虚拟现实体验,而人类对设备中的环境并没有感知,这就造成了虚拟大于现实的体验。

举个例子,假如你在虚拟世界中与人接触,握手的时候就很难得到真实的触感。

而这个问题就能够通过脑机接口来解决。机器通过编码给大脑以反馈,让人类直接在脑中形成触觉认知即可。

娱乐、治病还是让人变成机器?脑机接口的应用方向都有哪些

虽然说起来非常简单,但是实现起来难于登天,主要在于反向编码极其困难,目前的研究也没有什么好的解决方法,加上人类的触觉感知难以量化,所以,想要达到这方面的目标还需要很长很长的路要走。

另外,想达到上述的感知效果,脑外接口的方式是肯定行不通的,但是,设想一下,为了打游戏在脑上打个洞,以目前人们对该技术的认知和理解来看,是行不通的,这方面只能等到技术完全成熟,侵入式脑机接口的实现跟打耳洞一样保险才行。

医疗中的恢复用途

有从业者向新智造表示,双向的脑机接口才是最理想的形态,但是目前由于技术有限,单向的研究者居多一些。在单向之中,从脑到机占一大部分,然而现实情况是,从机到脑的需求要远大于脑到机。

简单来讲,从机到脑如果用于医疗,可以解决非常非常多的问题。

比如,让盲人看见东西、让听障人士听见声音、甚至是让截肢人士重新拥有一双有触觉的手,这都是从机到脑的脑机接口技术能够解决的问题。

但是问题还有许多,主要核心还是刚才说过的,反向编码极其困难,无法实现种种方式。另外,就算反向编码成熟,也只能让有过体验的人恢复感知,如何让先天就有感知缺陷的人获得跟正常人一样的感知能力,那就是另一个议题了。

目前在医疗恢复方向,更多的是做从脑到机的脑机接口研究。目前已经有很多研究团队在这方面进行了研究,并有了一些成果。比如让瘫痪人士用脑机设备控制机械臂,来做一些抓取的动作。不过,这些技术还远未成熟,更多的是在工程上有些新的办法和突破,而在如何利用神经信号精确的操作物体,还尚在研究之中。

半机器人的增强

脑机接口技术的终极形态,一定是在增强人类能力方面做文章。

比如去年DARPA启动的一项颅内芯片研究项目Targeted Neuroplasticity Training( 以下简称TNT),该项目的论文中提到,DARPA将利用“颅内芯片”来帮助人提升学习能力、逻辑运算和记忆力。

娱乐、治病还是让人变成机器?脑机接口的应用方向都有哪些

其实增强远不及此,脑机接口让人类能够在身上安装各种延伸的机械装置,让人成为运动能力超强的生物,通过增强感知能力(比如增加接收超声波等超频段的信息),人类不再是夜盲的生物,甚至让人通过不断地更换身体机械零件从而得到永生……虽然这种预想还得N年之后才能实现,但是想想让人既兴奋又害怕。

先不说技术难题的解决,首先,在增强方向,伦理这一关就很难过去。以至于目前很多国家地区都出台规定,脑机接口研究禁止放到患者以外的健全人身上。

资本和市场

虽然脑机接口看起来会是未来医学/其他科技的发展趋势之一,但是资本市场对这块并没有太热衷。其主要原因还是这个领域离落地还有段距离。脑外太弱,做成玩具不是刚需,脑内投入大、风险大。

正在做相关研究的学生向新智造透露,其实目前已经有一些研究能够用于实际用途了,并且效果还不错,但是都属于实验室产品,价格巨贵,不是一般人能够承受得了的,所以,如何在不影响效果的情况下降低成本也成了该领域发展的一个阻碍。

近日特斯拉、SpaceX的创始人Elon Musk成立了一家医疗公司Neurallink,利用的正是脑机接口技术,从而让脑机接口创业受到大量关注。那么,Musk能否促进脑机接口的落地,投资人又将如何看待脑机接口的市场前景,新智造将持续报道。

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