用意念让蟑螂离我远点,可行吗?这应该是很多人的梦想,尤其是对在南方目睹蟑螂扑面飞来的同学而言。实际上,已经有南方的高校探索了实现这一梦想的可行性——2015年上海交通大学一名硕士生便利利用人类的大脑意念遥控活体蟑螂,让蟑螂走出了S形轨迹和Z形轨迹。而成功让蟑螂“听话”的奥秘,便是脑机接口技术的应用。
脑机接口技术是一种备受瞩目的新兴科技,它可以通过记录大脑神经活动,直接控制外部电脑或者机器运行。
这种科技解决了人脑需要通过肢体运动才能输出信号控制外部器械的问题,在人脑和外界设备之间建立起直接通信的桥梁。自2010年开始,脑机接口技术的研发如火如荼,这项技术也逐渐走出实验室,进入市场推广阶段,许多相关公司也相继成立。其中,最知名的包括Neuralink、BrainGate、Synchron等,它们都在试图将脑机接口技术推入市场。
脑机接口研究的主要方向包括临床应用、记录方法的改进和新应用探索。例如,2012年,匹兹堡大学的研究人员就通过在瘫痪患者的大脑运动皮层上植入电极,使他们能用脑电波直接控制机械臂完成进食、移动物体等特定动作。到了2019年,加州大学旧金山分校的神经外科爱德华·张(Edward Chang)教授首次通过脑机接口的技术,将癫痫患者脑活动转换成文本信息。
2021年,斯坦福大学开发出一种可以打字的脑机接口技术,这一技术可以让瘫痪患者以每分钟90个字符的速度进行打字交流。
脑机接口技术现在仍然没有走向大规模应用,这是因为脑机接口技术存在着比较大的难点。首先是在记录方式上存在困难。
现有的脑机接口按照记录方式可分为侵入式、非侵入式和介入式三大类,根据记录的信号又可分为EEG(Electroencephalogram,脑电波)、ECoG(Electrocorticography,脑皮层电图)、LFP(Local field potential,局部脑电位)、ERP(Event-related potential,事件相关位)、Spikes(尖峰电位)等不同的记录精度。
其次,在信息处理方面也存在困难。即使我们用最先进的方法记录下大量神经信号,如何处理这些数据?又如何理解这些信号所代表的实际指令?这将是极为复杂的工作,犹如编写一本浩瀚的天书。最后,在脑机接口的硬件研发上也存在着困难。在硬件方面,制作出能够精准、大规模、快速、稳定记录脑内电信号,同时还要具有轻便、创伤小等特点的电极就是一个难题。
即使是存在着诸多困难,但随着其他领域的发展和基础科研的不断深入,脑机接口技术也必然得到不断优化。在未来,通过脑机接口不仅可以记录大脑的信号,还能对大脑进行刺激。人工耳蜗、视网膜刺激芯片等技术,就是利用了反向的脑机接口来治疗某些感官缺失的患者。另一个发展方向是实现大脑和外界设备的实时交互。通过脑机接口,瘫痪病人可以再次站立和行走,但如果失去行走时脚和腿的反馈,患者仍会感到不舒服。
因此,带有生物传感器并能反馈运动信号的脑机接口,将是未来的一个重要发展方向。