脑机接口能做什么?带上电极帽,你可以在实验室中用意念控制无人机飞行;在大脑皮层中植入电极,瘫痪病人能够用意念打字或者驱动轮椅。无论是无创还是有创的脑机接口,都试图在人类大脑与外部机器之间建立连接。过去几十年中,脑机接口技术稳步发展,一步步从科幻走向现实,也开始从实验室走向生活。
2019年7月,埃隆·马斯克旗下Neuralink公司发布了一款缝纫机式的外科机器人,它可以在头骨上打洞,并将3072个微电极置入大脑皮层。最近,《国家科学评论》(National Science Review,NSR)采访了卡耐基梅隆大学生物医学工程系主任贺斌。
贺斌是无创脑机接口领域的优秀科学家,2013年,他的研究团队利用无创脑机接口技术,实现了意念控制无人机飞行并跨越障碍,2019年,他的团队又实现了意念控制下机械臂对运动光标的连续追踪。在这次访谈中,贺斌谈到了脑机接口技术的历史与未来应用方向,并着重介绍了无创脑机接口相关的机遇与挑战。
脑机接口的历史与现状:脑机接口的历史与现状NSR:如果要向普通人介绍脑机接口技术,您会怎么介绍?
贺斌:我认为脑机接口包含两个方面。第一方面是现在大众比较感兴趣的:我们可以检测人的大脑信号,解码其中的含义,再用这个含义去控制机器,这里所说的机器可以是机械臂、无人机、电脑等等。但是从广义上讲,脑机接口还包括另一个方面:我们可以不只是被动地接收大脑信号,还可以把电、磁、声等信号传入大脑,来刺激或者调控神经回路的活动。目前,这种神经调控技术主要用于疾病治疗。
无创脑机接口:不只是“粗糙的黑箱”:无创脑机接口可以分为两大类,一类是基于运动想象的,我们让受试者想象自身肢体的运动,接收并且解析他的脑电信号,最终的效果是,当他们在头脑中想象机械臂或者无人机的运动时,外接设备就会随之运动。另一类是基于事件相关电位(Event-related potential,ERP)的,研究者测量并解析ERP,以此来驱动机器。
双向脑机接口:调控大脑:在有创脑机接口领域,这是最近的一个研究重点,许多实验室都有相关的尝试。有创脑机接口直接作用于大脑皮层,所以可以比较方便地向大脑反馈信号。无创脑机接口的研究者也想做类似的事情,但是相对来讲并不容易,因为在新的无创神经刺激技术诞生之前,我们很难用可穿戴装备来直接刺激特定的大脑区域。
展望:脑机接口的发展方向:在有创脑机接口领域,闭环的脑机接口是许多实验室目前的研究重点。作为旁观者,我认为这是可能在5到10年内产生重要成果的方向。在无创方面,脑电信号的分析方法一定还会提高。此外,我认为我们不能只做计算,实验是非常重要的。我们一定要把算法用在实际的实验中,做出更贴近实际生活的工作和产品,才能真正推动这一领域的进步。