如果说当今什么技术最接近科幻,那么一定是脑机接口。脑机接口的研究已经实现了意识打字(1分钟之内平均输入39个字母),还实现了心灵控制,比如人类控制小鼠行为,让其完成复杂任务。还实现了一部分的意识上传,甚至让人怀疑意志是否自由。
未来甚至有望实现部分丧失的感知能力再此获得,比如视觉;还可以将非人类感知能力转变为人类感知能力,这其实是非常逆天的,比如对于超声波的感知能力(就像从蝙蝠身上获取这个能力一样),再比如感知磁场等,就像拥有了超能力!
脑机接口作为一种全新的控制和交流方式,还可以应用到更广阔的脑机融合领域,就是所谓的硅基生物和碳基生物的融合,打造超强人类,让人脑进一步自然延伸。
脑机接口的发展对脑电的机理、脑认知、脑康复、信号处理、模式识别、芯片技术、计算技术等各个领域都提出了新的要求,人们也会大大加深对大脑的结构和功能的认识。
随着技术的不断完善和多学科融合的努力,脑机接口必将逐步应用于现实,造福人类。硅谷Live联合哈佛大学脑科学中心科学家及行业专家学者,共同打造中美首份脑机接口行业分析长文,深度解构脑机接口领域技术路线,描绘脑机接口商业化趋势及学科地图,预见前所未见。
脑机接口的定义
首先,什么是脑机接口?脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI):它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在该定义中,“脑”意指有机生命形式的脑或神经系统,而并非仅仅是“mind”(抽象的心智)。“机”意指任何处理或计算的设备,其形式可以从简单电路到硅芯片到外部设备和轮椅。“接口” = “用于信息交换的中介物”。
脑机接口的基本实现步骤可以分为四步:采集信号 >> 信息解码处理 >> 再编码 >> 反馈。信息采集的划分形式一般也是看信息采集方式为主的,通常被分为侵入式、半侵入式、非侵入式(脑外)。
侵入式脑机接口通常直接植入到大脑的灰质,因而所获取的神经信号质量比较高,但其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织,进而导致信号质量的衰退甚至消失。部分侵入式接口一般植入到颅腔内,但是位于灰质外,其空间分辨率不如侵入式脑机接口,但是优于非侵入式。非侵入式则不进入大脑,像帽子一样方便佩戴于人体,但由于颅骨对信号的衰减作用,记录到信号的分辨率并不高。
脑机接口的历史重要里程碑包括:1924年,德国精神病学家Hans Berger发现了EEG;1990年代,Nicolelis完成对老鼠运动脑电波的初步研究;2016年,明尼苏达大学的Bin He与他的团队取得一项重大突破,让普通人在没有植入大脑电极的情况下,只凭借“意念”,在复杂的三维空间内实现物体控制。
脑机接口的挑战包括如何解决带宽问题,如何从大脑中获取正确的信息,以及如何将正确的信息发送到大脑等。脑机接口的商业化方向主要分为医疗健康、VR方向、教育科技和智能家居等领域。
全球脑机接口市场规模在5年内将达到25亿美元,广义市场规模在5年内将达到数千亿美元。影响脑机接口商业化的因素包括专业知识的缺乏、道德问题以及网络安全威胁等。
脑机接口行业分布方面,Neuralink和Kernel专注于脑科学应用,瞄准人类智能方向,BrainGate则专注于医疗健康。未来,脑机接口将朝着小型化、便携化、可穿戴化及简单易用化发展。Elon Musk担心人类将遭受AI的威胁,需要让脑机接口扮演一种大脑与机器连接的媒介,以保证未来人类能与AI对抗。