沈臻懿

看過科幻大片《阿凡達(dá)》的觀眾想必都不會忘記劇中的一個橋段：不幸癱瘓的前海軍士兵杰克，身處潘多拉星球，頭戴一套復(fù)雜設(shè)備在密閉艙內(nèi)利用思維，操控著由人類基因與當(dāng)?shù)丶{美部族基因結(jié)合創(chuàng)造出的“阿凡達(dá)” 混血生物人軀體。片中無論是所處的星球、復(fù)雜的頭戴設(shè)備，還是阿凡達(dá)，都是影片的虛構(gòu)產(chǎn)物。而當(dāng)前一項名為“腦機(jī)接口”的腦力操控技術(shù)，已然橫空出世，將科幻瞬間變成現(xiàn)實！

腦機(jī)接口技術(shù)，是將人類大腦與各類外部設(shè)備之間搭建起直接交互的信息通路。這一新科技，在未來有著較為廣泛的應(yīng)用前景。在康復(fù)醫(yī)學(xué)與輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，腦機(jī)接口技術(shù)就好比“讀心術(shù)”的現(xiàn)實版本，能夠幫助肌肉癱瘓與肢體運(yùn)動障礙人士提升生活質(zhì)量；在未來戰(zhàn)場環(huán)境下，腦機(jī)接口技術(shù)能夠全面賦予武器裝備“隨意而動”的智能化元素，可令士兵決勝于“無形”。士兵在大腦思維的作用下，就可以完全操控戰(zhàn)斗機(jī)等各類武器裝備；此外，腦機(jī)接口技術(shù)在大腦信號監(jiān)測方面的優(yōu)勢，使其在記憶力訓(xùn)練、情緒控制訓(xùn)練、注意力訓(xùn)練等方面也有著得天獨厚的巨大潛能。

探秘腦機(jī)接口技術(shù)

眾所周知，生物電現(xiàn)象是生命體活動的典型特點之一。人類在從事各類生理活動時，都伴隨著放電的過程。譬如，眼睛在睜開、閉合的過程中，會產(chǎn)生5毫伏左右的電壓；人類在進(jìn)行思考時，大腦會產(chǎn)生0.2毫伏至1毫伏的電壓。大腦不僅是人體最為復(fù)雜的組成部分，也是一個極為精密的信息處理終端。大腦內(nèi)部的數(shù)十億個神經(jīng)元通過相互連接進(jìn)行著信息的傳遞，并在整體協(xié)作框架下完成著各類認(rèn)知活動。這些神經(jīng)細(xì)胞的活動，形成了電器性的變動。如果用科學(xué)儀器對大腦電位活動進(jìn)行監(jiān)測，即會獲得如同波浪狀的圖案形狀，其也被稱之為腦電波。腦電波與大腦意識之間存在著一定對應(yīng)關(guān)系，并呈現(xiàn)出規(guī)律性的特點。譬如，人類在緊張、興奮、哀傷等狀態(tài)下，腦電波的頻率有著極為顯著的差異。正是由于腦電波具有隨意識、情緒波動而變化的特點，使得人類對于腦電波的研究與利用具有了現(xiàn)實可能性。

腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）涉及人類大腦這一核心器官。就該技術(shù)中的“腦”而言，其泛指有生命體活動的大腦或神經(jīng)系統(tǒng)；“機(jī)”則涵蓋了任何能夠進(jìn)行處理活動的外部設(shè)備。簡單來說，腦機(jī)接口技術(shù)就是在人類大腦與電子計算機(jī)等外部設(shè)備之間搭建起直接交互的信息通路。腦機(jī)接口技術(shù)的設(shè)計，有著單向傳輸通信與雙向傳輸通信兩種模式。腦機(jī)接口在進(jìn)行單向傳輸通信時，主要通過對人腦電波的監(jiān)測與讀取，來分析、判斷使用人當(dāng)前的想法與意圖，從而生成對應(yīng)的控制指令，以操控外部設(shè)備進(jìn)行運(yùn)作。在雙向傳輸通信中，腦機(jī)接口則可在人類大腦與外部設(shè)備之間搭建起雙向信息交互的平臺，以便于讓大腦與外部設(shè)備進(jìn)行互動溝通。

有別于影視作品中的藝術(shù)化加工，現(xiàn)實生活中的腦機(jī)接口技術(shù)面臨著不少難題與考驗。如何能夠高效、及時地采集到大腦神經(jīng)生物信號并成功予以識別、處理，如何能夠?qū)⑷四X的思維意識轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備操控的程序指令等等，都有賴于認(rèn)知科學(xué)、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)科學(xué)等研究領(lǐng)域的不斷發(fā)展。不過，相較于腦機(jī)接口技術(shù)中“機(jī)”所代表的外部設(shè)備，人們更需要持續(xù)參透內(nèi)在奧秘的則是人類大腦本身。我們知道，對于被譽(yù)為“三磅星球”的大腦，人們對其的認(rèn)識依然存在著諸多空白。這也使得腦機(jī)接口技術(shù)尚存在諸多探秘空間。

醫(yī)療領(lǐng)域中讀心術(shù)的可操作版本

巴西世界杯開幕式上，一名腰部以下嚴(yán)重癱瘓的少年在大腦思維作用下，驅(qū)動外骨骼系統(tǒng)開出了世界杯賽程上的第一腳球。其之所以能夠用思維進(jìn)行“踢球”，即是源于腦機(jī)接口技術(shù)的介入。

2008年獲得金球獎的電影《潛水鐘與蝴蝶》中，主人公鮑比就因為突如其來的中風(fēng)，導(dǎo)致全身肌肉癱瘓，四肢無法動彈，唯一能做的只有眨一眨自己的左眼。對于鮑比而言，眨動左眼已然成為其與外部社會溝通、交流的唯一途徑，但其大腦思維卻與正常人完全一樣，這種寂寞、孤獨與無助，無疑令人徹底絕望。但令人倍感驚奇的是，鮑比居然僅僅靠著眨動左眼，最終完成了一部回憶錄《潛水鐘與蝴蝶》。對于諸如鮑比這樣的肌肉癱瘓、運(yùn)動障礙等殘障人士而言，如何與外界溝通，傳遞自身思想或者實施某些活動，的確是一件極為困難的事情。但借助于腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，殘障人士不僅可以實現(xiàn)與外界交流，更可在外部設(shè)備的幫助下實施各類活動。就此而言，腦機(jī)接口技術(shù)為殘障人士提供了一個僅用思維意識，就可以與外界進(jìn)行信息溝通的交流新手段。

這一技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)與輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵，即是需要將個體大腦中的意識予以提取和解讀。通過專門設(shè)備對個體的神經(jīng)細(xì)胞活動進(jìn)行監(jiān)測，以了解和掌握其思維動態(tài)。這就如同“讀心術(shù)”的現(xiàn)實版本，不僅可以實時了解殘障人士的內(nèi)心意圖，亦可將其自身意圖轉(zhuǎn)化為對外部設(shè)備的操作與控制。腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，無疑可以幫助肌肉癱瘓與肢體運(yùn)動障礙人士提升生活質(zhì)量。加之人工智能、虛擬現(xiàn)實、機(jī)械外骨骼等技術(shù)的不斷發(fā)展，各類融入腦機(jī)接口技術(shù)的外部智能設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。綜合了腦機(jī)接口技術(shù)與外部設(shè)備，能夠基于殘障人士的大腦思維作用，幫助其撥打電話、使用電子計算機(jī)；幫助行動不便的老年人或殘障人士使用家用電器、駕駛智能輪椅；幫助體弱病患者或者喪失運(yùn)動能力人士進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練并給予護(hù)理，從而提升使用者的生活水準(zhǔn)。

不過，這些與醫(yī)療、康復(fù)相關(guān)的腦機(jī)接口技術(shù)，大多還停留在實驗室研究階段，仍有不少現(xiàn)實難題需要逐步攻克。一方面，人類大腦過于復(fù)雜與精密的特點，使得現(xiàn)有科學(xué)對其的研究仍停留在較為初級的階段。另一方面，如何有效監(jiān)測腦電波，同樣十分不易。人的大腦被緊緊包裹于頭蓋骨之內(nèi)。從頭皮開始，須歷經(jīng)頭皮層、顱骨、硬腦膜、蛛網(wǎng)膜、軟腦膜，才能發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏在內(nèi)的大腦。前述生理結(jié)構(gòu)，使得大量腦電波信號已被頭骨所屏蔽。能夠穿透這些組織，并傳輸?shù)酵饷娴男盘栆褬O為微弱。

腦機(jī)接口技術(shù)在測量腦電波時，多采用非侵入式與侵入式兩種模式。使用非侵入式頭戴設(shè)備測量腦電波信號的方法雖安全無創(chuàng)傷，但過程極為煩瑣，且采集到的信號質(zhì)量相對不高。若采用侵入式設(shè)備測量，則需要將電極植入使用者的顱腔內(nèi)腦皮層之中。這一方法采集到的信號更為精準(zhǔn)，更能有效、精確地實現(xiàn)交流通信。但相比非侵入式設(shè)備，侵入式設(shè)備對于使用者而言存在著更高的創(chuàng)傷風(fēng)險。電極在植入的過程中，可能令大腦局部產(chǎn)生機(jī)械性損傷，并有一定的概率產(chǎn)生感染或腦部大出血。電極在植入后，還有可能帶來人體的排異反應(yīng)，從而令腦組織受損。即使前述假設(shè)均未發(fā)生，但電極自身的使用情形仍是侵入式設(shè)備的潛在風(fēng)險。電極在被植入顱腔內(nèi)腦皮層后，其使用壽命的長短，或者是否會受到腐蝕，是否會發(fā)生移動而偏離預(yù)設(shè)位置等，都需要持續(xù)予以關(guān)注。不過，目前已有科學(xué)研究團(tuán)隊基于安全無創(chuàng)的非侵入式方式，將腦機(jī)接口技術(shù)的腦電波監(jiān)測設(shè)備整合、濃縮至類似一個頭戴式耳機(jī)的體積，并僅需要有內(nèi)置的金屬觸點，即可實現(xiàn)腦電波的監(jiān)測與采集。這一無創(chuàng)性、便攜式的腦電波監(jiān)測設(shè)備，也為腦機(jī)接口技術(shù)的大量應(yīng)用鋪平了前行的道路。

在未來戰(zhàn)場上的獨特優(yōu)勢

腦機(jī)接口技術(shù)除了可運(yùn)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)與輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為傷殘人士提供幫助外，還可讓人們僅僅使用“大腦思維”，就可以在未來的戰(zhàn)場上，大放異彩。這一“腦洞大開”的想法看似天方夜譚，但已有科學(xué)研究項目在探索如何使用“大腦思維”來駕駛飛機(jī)。

通常情況下，飛行員與其駕駛的飛機(jī)之間有著極為密切的聯(lián)系。作為一名飛行員，其需要經(jīng)過前期長時間的嚴(yán)格訓(xùn)練，并需要對所駕駛飛機(jī)的性能極為熟悉。但伴隨著科學(xué)家的“腦洞大開”，飛行員和飛機(jī)之間的聯(lián)系愈發(fā)緊密。在腦機(jī)接口技術(shù)的幫助下，飛機(jī)駕駛艙內(nèi)的傳統(tǒng)工作已然被徹底改變。飛行員不再需要手握機(jī)械設(shè)備，僅憑大腦思維就可以控制飛機(jī)的飛行。簡單來說，腦機(jī)接口技術(shù)將飛行員大腦發(fā)出的操控指令與對應(yīng)的飛機(jī)升空、降落、巡航、轉(zhuǎn)彎等所有飛行活動緊密連接在一起。在實驗過程中，飛行員即借助該技術(shù)，利用大腦思維在飛行模擬器上遙控操作F-35戰(zhàn)斗機(jī)。這一新科技，令飛行員不再需要歷經(jīng)復(fù)雜的操控訓(xùn)練，只需要利用大腦想象如何讓飛機(jī)飛得更好，即可以實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境下的獲得先機(jī)。美國國防部對于這一利用大腦思維來駕駛噴氣式戰(zhàn)機(jī)的未來科技極為感興趣，其已意識到該項新技術(shù)的應(yīng)用前景。通過腦機(jī)接口作用下的精神控制系統(tǒng)，能夠讓飛行員不借助外部設(shè)備僅依靠大腦就可進(jìn)行飛行控制。這不僅使得操控反應(yīng)時間縮短至幾毫秒，更大大提升了戰(zhàn)機(jī)飛行員的作戰(zhàn)效能。

腦機(jī)接口技術(shù)在武器裝備創(chuàng)新方面也有著巨大的應(yīng)用潛力。其能夠全面賦予武器裝備“隨意而動”的智能化元素。在腦機(jī)接口技術(shù)的作用下，士兵可以直接通過大腦思維來對武器設(shè)備予以操控。利用該技術(shù)研發(fā)的認(rèn)知技術(shù)預(yù)警系統(tǒng)，可以幫助士兵在短短數(shù)秒之內(nèi)，識別出視距范圍內(nèi)的百余處可疑威脅目標(biāo)。此外，同樣利用腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)的腦電波遙控直升機(jī)等武器裝備，其遠(yuǎn)程控制終端即是士兵的大腦?；谑勘竽X信號的遠(yuǎn)程遙控，該武器裝備能夠成功規(guī)避各類障礙物，大大提升了戰(zhàn)場上士兵操作控制裝備的靈敏性和安全性。

提升學(xué)習(xí)與訓(xùn)練的專注度

很多家長在輔導(dǎo)孩子學(xué)習(xí)時，往往會有諸多抱怨。孩子在看書、做題等學(xué)習(xí)時，有時難以集中注意力，或者存在專注度分散且較為多動的情形。這些現(xiàn)實情形的存在，也使得人們紛紛思考，有沒有一種全新的技術(shù)能夠在未來生活中，令學(xué)習(xí)、訓(xùn)練變得更為專注與有效。

腦機(jī)接口技術(shù)以其對于大腦信號監(jiān)測與通信的優(yōu)勢，使其在記憶力訓(xùn)練、情緒控制訓(xùn)練、注意力訓(xùn)練等方面有著自身特有的巨大潛能。美國、韓國以及歐洲部分國家在對射箭專業(yè)運(yùn)動員進(jìn)行培養(yǎng)時，就已開始使用腦機(jī)接口技術(shù)來訓(xùn)練運(yùn)動員大腦的專注度，從而幫助運(yùn)動員有效提升自身的專業(yè)成績。

相較于依賴身體生理活動與被試行為的反饋訓(xùn)練，新型的神經(jīng)反饋訓(xùn)練則采用了腦機(jī)接口技術(shù)，從而得以對學(xué)習(xí)者或訓(xùn)練者的大腦活動進(jìn)行實時監(jiān)測。通過腦機(jī)接口相連的外部設(shè)備，監(jiān)測者可以直接分析、判斷學(xué)習(xí)者或訓(xùn)練者的大腦狀態(tài)，有針對性地調(diào)整學(xué)習(xí)或訓(xùn)練方案，并在此基礎(chǔ)上對學(xué)習(xí)者或者訓(xùn)練者進(jìn)行提醒，以便于其能夠根據(jù)自身的大腦活動狀態(tài)來進(jìn)行相應(yīng)的認(rèn)知調(diào)節(jié)?？茖W(xué)家們在經(jīng)過研究后證實，基于腦機(jī)接口技術(shù)對個體大腦狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測時，若發(fā)現(xiàn)該個體處于良好學(xué)習(xí)狀態(tài)時，給予其相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，則可以明顯提升學(xué)習(xí)效果與認(rèn)知強(qiáng)度。此外，在采用以腦機(jī)接口技術(shù)為支撐的神經(jīng)反饋訓(xùn)練時，若發(fā)現(xiàn)被測試者出現(xiàn)有注意力分散、不集中的顯現(xiàn)，則應(yīng)及時提升訓(xùn)練的難度，從而令被測試者的注意力與專注度得到明顯的提升。

除了以上這些個體化的技術(shù)應(yīng)用外，科學(xué)家們也將關(guān)注的目光投向了腦機(jī)接口技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析的融合。其通過將腦機(jī)接口技術(shù)監(jiān)測獲得的大腦信號數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)之間的大數(shù)據(jù)分析，從而得到個性化的神經(jīng)預(yù)測。若人類大腦腦區(qū)之間的交流、通信程度越高，人類的推理、信息處理以及思維能力也就越強(qiáng)。因此，腦機(jī)接口技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析的融合成果，可以用來對智力進(jìn)行測驗、對腦部疾病進(jìn)行檢測、對認(rèn)知障礙進(jìn)行分析，甚至還可在一定程度上對犯罪傾向予以判斷。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com