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什麼是腦機接口技術?

2020-09-30 10:25  來源: 新華網

在科幻電影中,經常有這樣的場景:殘疾人可以用機械臂自如地彈唱,人類依靠意念指揮着龐大的機械……其實,這些神奇的場景都是以一種技術為基礎的——腦機接口技術(Brain Computer Interface,簡稱BCI)。

腦機接口,是指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接,從而實現腦與設備的信息交換。當人類思考時,大腦皮層中的神經元會產生微小的電流。人類進行不同的思考活動時,激活的神經元也不同。而腦機接口技術便可以靠直接提取大腦中的這些神經信號來控制外部設備,它會在人與機器之間架起橋樑,並最終促進人與人之間的溝通,創造巨大價值。

其實在很早之前,科學家就已經有了製造早期腦機接口技術的想法,但由於技術的限制,一直沒有什麼實質性的進展。在此後的時間裏,人們針對該技術的算法和應用不斷創新。如果將腦機接口技術的發展劃分為三個階段:第一階段是科學幻想階段,第二階段是科學論證階段,第三階段也就是當下所處的階段,主要聚焦用什麼技術路徑來實現腦機接口技術,將出現各種各樣的技術方法,進入“技術爆發期”。

當下,腦機接口技術可分為侵入式和非侵入式兩大類:

侵入式腦機接口是指在大腦中植入電極或芯片。人的大腦中有上千億個神經元,通過植入電極,可以精準地監測到單個神經元的放電活動。但這種方式會對大腦造成一定的損傷,電極的植入不但會損傷大腦神經元,也會有感染的風險。在大腦中植入電極後,周圍的膠質細胞會逐漸將電極包裹起來,電極監測到的神經元活動會越來越少。幾年甚至幾個月後,電極就完全監測不到神經元活動,如果需要再次使用,就得重新植入電極,再次經歷風險。

非侵入式的腦機接口是指頭戴式的腦電帽,它主要是使用腦電帽上的電極從頭皮上採集腦電信號。這種方式可以在頭皮上監測到羣體神經元的放電活動,主要缺點是不夠精準。此外,頭戴式的腦電帽雖然不會損傷大腦,但每次使用時都需要先洗乾淨頭髮,再往腦電帽的電極中注入導電膠,操作起來十分麻煩。

除了存在“侵入性”植入物的安全和健康風險外,腦機接口技術還存在很多倫理和技術問題:如果可以在大腦中安裝芯片,有多少人會同意安裝呢?人們是否能接受“開頭顱、插芯片”,並試圖“篡改”自己的神經衝動呢?

雖然存在很多困難和風險,科學家還是在積極探索腦機接口技術的實現與應用。醫療領域將是腦機接口技術的主要用武之地,例如利用腦機接口技術,使殘障患者通過控制機械臂進行活動。

除醫療領域外,腦機接口技術目前還被廣泛應用於航空航天、教育、娛樂等多個領域。例如在航空航天領域,腦機接口技術可以幫助航天員用大腦更好地操控機械設備,在特殊的環境下執行任務等。未來,腦機接口技術將應用到更多領域,發展前景值得期待!

本文由中國科學院自動化研究所研究員樊令仲進行科學性把關。

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作者: 和卓琳   [責任編輯: 郭童]

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