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脑机接口人体实验首度成功 科幻电影变为现实

发稿时间:2016-11-17 11:23:01 来源:米皮网

(原标题:脑机接口人体实验首度成功,它用 50 年把科幻电影变为现实)

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不知道你有没有看过电影《潜水钟与蝴蝶》 ,这是根据真实故事改编而成的。影片主人公鲍比因为突如其来的中风造成全身肌肉瘫痪,无法动弹,眨动左眼是他唯一与外界交流的方式。身体不能动,但是他的大脑和思维却是完全正常的。鲍比最后靠眨眼睛“写”出了一本回忆录 。

对于瘫痪病人来说,如何与外界交流的确是一件难事,也许未来脑机接口技术会帮助鲍比这样的病人,让他们不再生活在密闭的“潜水钟”里,通过脑电波或者神经活动与外界交流,让思想可以像“蝴蝶”一样自由飞翔。

近日,国外媒体报道了全球首例成功的人类脑机接口实验。借着这个机会,大家可以和我们一起看看这项神奇的技术是如何把科幻电影《阿凡达》中用意念操控物体变为现实的。

脑机接口是什么

人类在进行各项生理活动时都会向外发送电信号。如果用科学仪器测量大脑的电位活动,那么在荧幕上就会显示出波浪一样的图形,这就是“脑波”。

脑波活动具有一定的规律性特征,和大脑的意识存在某种程度的对应关系。人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下,脑电波的频率会有明显的不同,而正是因为脑波具有这种随着情绪波动而变化的特性,人类对于脑波的开发利用成为了可能。像电影《阿凡达》中所展现的利用意念操控阿凡达,实际上就是脑机接口技术(Brain-Computer Interface,简称BCI),这是指在人脑与计算机等外部设备之间建立直接的连接通路。通过对于脑电信息的分析解读,将其进一步转化为相应的动作,这就是用“意念”操控物体的基本原理。

推动临床研究的难点在哪

你很难想象,科学家在1963年就已经开始尝试脑机接口研究了。当时,英国一家医院的医生Grey Walter为了确认癫痫病人的脑内病灶,在其贴近大脑皮层的地方放了电极,电极可以清晰地获取病人的神经活动。Walter医生有一天突发奇想,在病人们观看风光幻灯片的时候,偷偷把脑电电极连接到了自己发明的“电位转换器”上,把病人大脑运动皮层的场电位信号,转换成了幻灯机换片的控制信号。于是奇迹发生了:病人每次打算更换幻灯片时,但还没有按动按钮,幻灯机似乎已经知道了他们的想法,自动切换了。这是脑机接口技术的第一次完整实现:采集大脑神经信号,翻译转换后控制外部设备。

然而50多年过去了,为什么这样的技术还没有真正应用到临床上来呢?

脑机接口需要多学科的高度协作。如何长期稳定地记录生活,芯片怎样安全植入并保持长期稳定记录,这些在神经外科,电生理、微电子等等领域的高度配合下才能达成。一方面要想获得高质量、稳定的脑电信号,就需要在电极和头皮之间注入导电胶,这种胶体适合于两小时内的短期使用,时间长了就会干结,其中的离子运动受阻,脑电信号质量会大幅度下降,直至脑机接口系统无法工作。另一方面环境中的电磁噪声、使用者体表的电生理信号,甚至使用者的心理状态也会破坏系统的稳定性,很多脑机接口的识别算法离开实验室就无法稳定工作了。

除了技术上的难点,道德伦理问题或许也是脑机接口难以普及的一个原因。国外媒体 The Verge 曾在 the big future 栏目中,谈及了脑机接口的一个方向:在大脑中植入设备,避免人类在工作的时候开小差或者走神。这些应用已经远远超出医疗领域之外,也让人们越来越担忧脑机接口的未来——如果设备可以插入大脑中,读取大脑的信息,控制人的思维,那么他人看到我们大脑中的信息也不会是难事,电影《盗梦空间》里窃取他人思想的事情也许会在现实中上演。不仅如此,一旦技术被滥用,会不会有利用设备控制他人而进行的犯罪行为出现?更恐怖的是,未来,人会不会被机器所控制?

加州大学伯克利分校电子工程与神经科学副教授 Jose Carmena 曾就人们的担忧表示“人脑是这些所有行为的控制方,脑机接口的主要目的是通过脑形成一个环路,整个环路中一直都是由大脑来对机器进行指挥,机器只是被动的接受体。”尽管如此,脑机接口涉及到的道德、伦理问题依旧让一些相关实验面临种种阻碍。

责任编辑:刘军
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