曾經(jīng)被稱為創(chuàng)投界下一個萬億級市場的“腦機接口”,在經(jīng)歷了2014年短暫的熱炒之后歸于沉寂。今年初,鋼鐵俠埃隆·馬斯克和facebook扎克伯格對“腦機接口”的表態(tài),再次引來了資本市場對于“腦機接口”的關(guān)注,國內(nèi)外“腦機接口”研究機構(gòu)與創(chuàng)業(yè)公司一片騷動。 6月13日,腦機接口研究先驅(qū)、巴西世界杯“機械戰(zhàn)甲”發(fā)明者米格爾.尼科萊利斯、杜克大學(xué)教授/神經(jīng)工程中心主任、暢銷書《腦機穿越》作者米格爾.尼科萊利斯來到清華大學(xué)交流演講,與國內(nèi)腦機接口研究專家探討了當今世界最前沿的腦機接口研究成果,以及腦機接口商業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)。 技術(shù)更進一步 什么是腦機接口?它是人機接口、人機交互技術(shù)的一個分支。傳統(tǒng)的人機交互需要外周的肌肉組織參與,比如手動操作、語音輸入等,而腦機接口技術(shù)是直接從大腦提取信號來控制外部設(shè)備,在人的大腦和外部設(shè)備之間建立了直接聯(lián)系。 作為國際研究聯(lián)盟“重新行走項目”(Walk Again Project)的聯(lián)合創(chuàng)始人,米格爾.尼科萊利斯最近幾年的研究目標是開發(fā)、實施一個能夠恢復(fù)嚴重癱瘓病人全身運動性的腦機接口,無論癱瘓是由脊髓創(chuàng)傷引起的,還是源于神經(jīng)退行性疾病。 腦機接口研究先驅(qū)、巴西世界杯“機械戰(zhàn)甲”發(fā)明者米格爾.尼科萊利斯、杜克大學(xué)教授/神經(jīng)工程中心主任、暢銷書《腦機穿越》作者米格爾.尼科萊利斯 在醫(yī)學(xué)界,脊髓損傷是一種嚴重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷,可導(dǎo)致體部感覺減退和運動能力喪失,比如無法行走?!斑^去,一個脊髓受傷的病人是不可能完全恢復(fù)到能夠感受腳趾的感覺,”,國家康復(fù)輔具研究中心附屬康復(fù)醫(yī)院名譽院長畢勝表示。 但是,在腦機接口的早期試驗中,一只猴子憑借植入其大腦的電極學(xué)會了控制電腦光標。這項研究后來被應(yīng)用到晚期帕金森病患者身上,病人也能夠控制電腦光標。 為了實現(xiàn)“重新行走項目”目標,尼科萊利斯和團隊引入神經(jīng)學(xué)、計算機工程技術(shù)等設(shè)計了神經(jīng)假肢器官,以使癱瘓病人能夠使用腦機接口控制全身外骨骼的運動(外骨骼是一種能夠提供對生物柔軟內(nèi)部器官進行構(gòu)構(gòu)型、建筑和保護的堅硬的外部結(jié)構(gòu),如神經(jīng)假肢器官)。戈登.程(慕尼黑技術(shù)大學(xué)機器人專家)設(shè)計的可穿戴機器人,可以使病人控制自己的上肢和下肢,支撐并搬運自己的身體,就像在他們的自主意愿支配下一樣。 2016年11月的實驗顯示,一位癱瘓病人已經(jīng)能夠通過大腦意念控制神經(jīng)假肢器官走動11步;癱瘓病人也能夠感知自己腳底觸摸沙灘的感覺;有位癱瘓的女病人甚至決定懷孕,可以感知自己的孩子。由于脊髓硬化原因,她最后通過剖腹產(chǎn)生下孩子。 恢復(fù)運動功能的神經(jīng)假體(摘自《腦機穿越》) 在米格爾.尼科萊利斯《腦機穿越》一書中,詳細介紹了腦機接口的技術(shù)原理。腦機接口控制的外骨骼需要新一代高密度微電極陣列,能夠被安全植入人類大腦,并長期同時提供數(shù)萬個分布在多個腦區(qū)中的神經(jīng)元的可靠電活動記錄。定制的神經(jīng)芯片會被長期植入顱骨中,使研究人員可以將大腦電模式調(diào)節(jié)、加工成能夠驅(qū)動外骨骼的信號。這些神經(jīng)芯片還必須結(jié)合低功率、多通道無線技術(shù),能夠把幾千個神經(jīng)元產(chǎn)生的聯(lián)合信息傳遞到大小相當于一部手機的可穿戴加工裝置中,這個裝置負責優(yōu)化腦電信號;當病人學(xué)習(xí)如何操作神經(jīng)假肢器官時,這個裝置可以控制所有的訓(xùn)練程序,比如使病人能夠開始行走,調(diào)整步速,并根據(jù)地形的改變做出姿勢和步態(tài)調(diào)整。 在可穿戴機器人的各處還設(shè)置了力量及拉伸狀態(tài)感受器,感受器可以產(chǎn)生連續(xù)的人工觸覺和本體感受反饋信號,比如腳底接觸沙灘的感覺等,這一系列信號可以反饋到大腦皮層中。 康復(fù)治療會是腦機接口的重點應(yīng)用領(lǐng)域。畢勝表示,過去的人機連接比如輪椅輔助下完成動作,或者是做個外骨骼替代病人的肢體,是康復(fù)領(lǐng)域常用的方法。 最近幾年,隨著神經(jīng)學(xué)、計算機工程技術(shù)的發(fā)展,腦機接口研究有了新進展,人們期望通過腦電圖、神經(jīng)康復(fù)等腦機接口技術(shù)等改變大腦的可塑性,實現(xiàn)真正的康復(fù)。 規(guī)模商業(yè)化仍面臨重重阻力 米格爾.尼科萊利斯在腦機接口方面的研究,已經(jīng)讓腦機接口在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用成為現(xiàn)實。Facebook最新的腦機接口研究成果是讓人們可以通過思維來“打字”,目前已經(jīng)可以每分鐘打8個字,未來能讓人們通過腦波每分鐘“打”100個單詞。人們甚至想象了許多美妙的腦際接口應(yīng)用場景:讓思想保存、意念控制、腦際聯(lián)網(wǎng)等等。 但是腦機接口的規(guī)模商業(yè)化仍面臨以下重重阻力。 其一:尼科萊利斯多年來研究的主要是大腦運動皮層的解碼,如對三維機械臂的控制;除了運動皮層,人類腦細胞百億級別數(shù)量,高級大腦活動的解碼很重要,比如,在大腦如何真正解讀詞匯詞義等方面的研究等還需要做更多工作。但人類對大腦認知和大腦功能的研究還存在諸多挑戰(zhàn),必須要有解碼方式的重大突破,才能實現(xiàn)更廣泛的解碼和應(yīng)用。 其二:腦機接口研究方法的局限。腦機接口現(xiàn)在有兩大類研究方法,一類是有創(chuàng)的腦機接口技術(shù),就是把神經(jīng)電極直接植入大腦,提取神經(jīng)元的信號,米格爾·尼科萊利斯在大腦植入這一塊是領(lǐng)先的。但是這種方法的 問題是把一個異物植入到大腦組織里,大腦會產(chǎn)生排異反應(yīng)或炎癥反應(yīng),所以不能植入時間太長,時間長了信號會越來越衰減,而且會對大腦造成無法修復(fù)的傷害。還有一類是無創(chuàng)的腦機接口技術(shù),就是直接在大腦皮層上,在頭皮上擱上電極,就像心電圖、腦電圖一樣,記錄腦信號。這種方法雖然對人沒有損傷,可以一直記錄,但其弱點是信號非常微弱。 其三:道德風險問題。在《阿凡達》電影中,人們用尾巴連在一起,大腦就可以互通;或者如鋼鐵俠埃隆·馬斯克所設(shè)想的用腦機接口技術(shù)研發(fā)出“超人”;這是否是腦機接口的未來?假如“意識”“思維”真的可以復(fù)制,人們的思想可以被隨意控制,一旦這項技術(shù)落入惡人之手,人類會走向哪里? 覽盡前沿商業(yè)科技 領(lǐng)略未來商業(yè)文化 《OBT商業(yè)科技觀察》微信號:OBTsykjgc; 原創(chuàng)轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明來源: |
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