极客网·极客观察1月26日 在2009年热播的电影阿凡达中，下身瘫痪的的前海军战士能够通过设备将意识注入到远端的生物体中，用意念控制阿凡达，这是人类对脑机接口发展未来图景的一次美好想象。而如今十年的时间过去了，随着技术的进步，脑机接口已经逐渐走出科幻片，走进了现实。
不久前，四肢瘫痪了30多年的罗伯特·布兹·克米勒维斯基，在脑机接口技术的帮助下，向世界展示了如何通过大脑意念控制两支机械手臂拿起餐具给自己喂食的全过程。这是世界首个实现双边植入脑机接口的案例，是一次前所未有的进展。
如此神奇的“用意念吃蛋糕”，到底是怎么回事？所谓的“脑机接口”，又是如何实现的？除了吃蛋糕，这项技术还能用来做什么？让我们一探究竟。
解码大脑信号控制双臂 用意念吃蛋糕
所谓的脑机接口技术，指的是通过在大脑和外部设备之间建立通道来实现大脑和外部设备之间的信息交换。在这个概念下，如果能对大脑输出的信号做出正确的解读，那么就可以直接让大脑指令操纵外部设备，也就是我们所说的“意念控制”。
此次的双边植入脑机接口技术是由约翰·霍普金斯大学涉及物理和医学领域的多个实验室共同合作研究出来的，这项技术旨在帮助瘫痪和肢体残缺患者获得更加独立生活能力。业界内以往的脑机接口研究往往只从大脑的一侧采集信号，因此实施的控制主要集中在一只机械臂上。而约翰.霍普金斯大学研发的这项技术可以同时控制双臂协作，这是一次瞩目的突破。
吃蛋糕试验的参与者罗伯特30多年前在冲浪时发生了意外，他的大脑健康，但肩膀以下的部位多年来一直处于瘫痪的状态，几乎感觉不到手脚和四肢。
为进行此次试验，他通过手术在大脑两侧植入了六个大小与蚂蚁相近的电极阵列，其中一半阵列被放置在运动皮层，另一半被放置在感觉皮层，这些阵列通过细电线被连接到的计算机系统以完成脑信号的采集和计算，它们可以在大脑中保持多达五年。除此之外，罗伯特还进行了长达九个月的训练，来学习假肢的控制方法。
在试验中，罗伯特先是使用意念控制机械臂切下一块蛋糕。随后，在大脑信号的操纵下，机械臂将食物输送到离嘴最近的位置，方便罗伯特一口吃下。
值得一提的是，为了让操作者能够更好地实现控制，微电极阵列还为操作者增加了“触感”，以达到模拟感官的效果。当谈论到操控假肢的感觉时，罗伯特这样描述，“就像有人在握住你的手，在细砂纸上摩擦手指的感觉。”
在试验后续的采访中，罗伯特还表示，“这种感觉简直太棒了，非常有成就感，我希望还能用它做更多的事情。”
脑机接口的原理与研究进展
脑机接口技术其实已经走过了半个世纪。早在1969年，德裔美国神经学家埃伯哈德·费兹就已经开始训练猴子利用思考活动触发神经元，启动连接神经元的仪表盘。这是真正意义上的第一个脑机接口实验。
去年夏天，“硅谷钢铁侠”马斯克在新闻发布会上当众宣布他的公司Neuralink成功在猪脑中植入了脑机接口芯片在猪脑中植入芯片，可以读取猪活动时的大脑信号波动，能清楚地看到猪脑的活动轨迹。随后Facebook也公布了通过脑机接口读取大脑中的单词和短语的最新研究成果，这使得人们对脑机接口技术的关注达到了一个高峰。
脑机接口主要分为侵入式和非侵入式两种。非侵入式指的是无需侵入大脑程序就能工作的接口，它主要是基于脑电图的原理进行工作的。大脑神经元内的离子电流会引起电压波动。通过将电极植入到头皮上，就可以获得大脑在一定时期内的活动信息。
侵入式则需要将设备植入使用者的颅骨中，这种方式的成本较高，并且始终需要医学专业人员的辅助，但获取的神经信号的质量比较高。一种常用的侵入式脑机接口方式是使电极板与大脑皮层直接接触，以测量大脑皮层的电活动。
此次“用意念吃蛋糕”的试验中，采用的是侵入式的实现方式。值得一提的是，非侵入式的脑机接口往往只有单输出通道，这意味着大脑控制只能专注于一件事，而不能并行思考。从这个角度讲，侵入式脑机控制带来的限制更少，应用前景也更广阔。
科技照进现实 脑机接口未来如何？
医疗康复是目前脑机接口技术应用最主要的方面。这项技术的运用可以为重症瘫痪患者提供多种肢体功能的替代，从而减轻身体缺陷对患者生活造成的影响，提高患者的生活能力或改善生活质量。
比如，约翰·霍普金斯大学的意识控制假肢的技术可以帮助瘫痪和肢体残缺患者获得更加独立生活能力；Facebook的大脑信息读取技术可以帮助一些患阿尔茨海默病和慢性创伤性脑病等疾病而无法进行正常沟通的患者更自主地表达自己的想法；美国公司NeuroPace通过监测和响应特定的大脑活动以防止癫痫发作。这些想法一旦实现，都将是医学领域了不起的进步。
此外，脑机接口在未来还会有更广泛的用途。比如约翰·霍普金斯大学的研究小组就提出了设想，他们认为未来或许可以使用神经信号来控制计算机的鼠标，或者直接用意念控制智能家居。
不过现阶段，脑机接口还是一个很有争议的话题，对脑机接口的批判的声音也很多，更是有很多人将这项技术比作了“潘多拉的魔盒”。对于这些技术的一些担忧包括：植入大脑的芯片可能会被入侵，从而造成神经活动的泄露；解码人们的精神活动使不法分子能够了解到人们大脑的活动机制，从而对人们的情感和活动进行操控；对脑电波的错误分析会导致人类做出违背意志的行为，从而造成伦理问题等等。这些担忧也不无道理。
就像曾经的基因编辑、人工智能等很多新兴技术一样，脑机接口将为我们打开一扇新世界的大门，但它的发展过程中也面临着来自法律、伦理、安全等多方面的挑战。当脑机接口从科幻片逐渐走进现实，如何正确地使用这项技术，还需要更多思考。
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