文|知社学术圈
神奇的人类大脑被称为“三磅宇宙”，蕴含着巨大的未解之谜。作为人类身体的“CPU”,大脑无时无刻不在处理复杂的信息。这些信息正是通过几十亿个神经细胞不断发放电脉冲而传导的。
如果能将大脑的这些信号收集转化，并重新进行支配，那么未来人的意识就有可能不再受限于脆弱的肉体。仅靠念头一转，相应的行为就能实现。像这样的场景在科幻电影里，人类已经思考了千百遍。电影导演塑造出了潘多拉星球的“阿凡达”、X战警里的“X教授”、超能陆战队中的微型机器人……而在现实中，科学家们正在用实际行动来将这种“幻想”变为现实，这就是脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）技术。
脑机接口技术领域成“必争之地”
脑机接口被誉为人脑与外界沟通交流的“信息高速公路”，是公认的新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术。进入21世纪，世界主要科技强国均启动了目标宏大的“脑计划”。其中，脑机接口一直被列为美国最优先支持发展的颠覆性创新技术之一。2018年11月19日，美国商务部出台了一份针对最新的14大类关键技术和相关产品的出口管制框架，其中就有脑机接口技术及相关产品。而近年来，众多科技企业家的纷纷入局，也让世界更为关注这一技术领域。
刚刚过去的8月，在2019世界人工智能大会上与阿里巴巴创始人马云就AI问题发表不同看法的特斯拉兼Space X“掌门人”埃隆 马斯克（Elon Musk），就在2016年夏天低调成立了一家创业公司Neuralink，从事的正是脑机接口技术的研发。据悉，Neuralink将开发马斯克称之为“神经蕾丝”的技术，希望通过在人脑中植入细小的电极，来上传、下载人的意念。其应用的是侵入式脑机接口，也就是说需要通过手术将电极埋入人类大脑。
今年7月，Neuralink 公司发布了其最新的脑机接口技术，包括：线程、机器人，元件和算法。其中的机器人就是可以将单根多触点柔性电极植入皮层的手术机器人。其实早在七年前，匹兹堡大学的科学家就曾经成功将一枚电脑芯片植入一名53岁女性简 舒尔曼（Jan Scheuermann）的大脑内。舒尔曼由于退行性疾病的影响而四肢瘫痪。手术后，舒尔曼可以通过脑机接口芯片，用意念去控制一条机械臂，甚至可以用它来吃巧克力。
比起“恐怖”的侵入式脑机接口，非侵入式更容易让人接受
然而事实上，像舒尔曼一样被植入电脑接口芯片的人在全球范围内都是少之又少的。很少有人愿意让医生或科研人员掀起自己的头盖骨，将复杂的电极放入自己的脑袋。这种操作需要冒着术后感染、生物排异等相当大的风险。只有穷尽各种医疗手段都没有更好治疗效果的病人，才有可能会冒险选择进行这样尝试。
相对于侵入式脑机接口，非侵入式脑机接口则显得更为安全，也更容易被人接受。早在2014年，中国的科学家就已经研发出了基于非侵入式脑机接口的人工神经机器人(i-NeuroSys Robot)系统——“神工一号”(TUNEXON-I)。通过戴在人头上的“电极帽”捕获头皮脑电波，经过解码确定大脑的意图指令，从而执行相应操作。
作为全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统，“神工一号”在中风患者体外仿生构筑了一条完整的人工神经通路，通过人工神经机器人计算并分析脑区的激活程度和可塑性模式，辅助皮层肌肉活动的同步耦合，反复强化大脑至肌群的正常兴奋传导通路，有效地促进原有障碍的运动反射弧的逐渐恢复。
“神工一号”的研发团队——天津大学神经工程团队是国内最先从事脑机接口领域研究的单位之一，目前已经在该领域内深耕了17年,创造了脑机接口领域多项性能指标的国际纪录，包括目前最高识别精度（0.5μV）、最大控制指令集（108指令）和最快传输速度（模拟在线平均信息传输率353bits/min）。
基于SCDMA的小型非对称视觉诱发电位拼写器，识别出幅度为0.5微伏的最弱脑控信号
今年5月举办的第三届世界智能大会上，该团队发布了全球首款脑机接口专用芯片——“脑语者”。该系列芯片具有“精解码、高指令、快通讯、强交互“四大优势，采用高度集成的单芯片SOC FPGA方案，突破了传统非侵入式BCI信号采集处理的诸多瓶颈，可以识别出头皮脑电中极微弱的神经信息，高效计算解码用户操作指令，极大提升大脑与机器之间的通讯效率。
据了解，从人脑外部捕捉脑电波，需要克服头发、头皮、颅骨等对信号的重重“阻挡”。该团队通过脑电信号放大器提高信噪比，让需要的脑电波更加“纯净”，同时采用了水性电极，让患者佩戴更便利。此外，团队还独创了信号处理算法，来去除人体运动中的信号干扰。未来，“脑语者”有望为脑机交互技术走向民用化、便携化、可穿戴化及简单易用化开辟道路。
意念打字拼的是速度
此外，该团队还在第三届世界智能大会上展示了“意念打字”的神奇。依托最大在线控制指令集的视觉型脑机接口系统，受试者现场成功打出了：“Welcome to the 3rd WIC”。头戴电极帽的受试者通过看屏幕上闪烁的字符，因不同频率给视觉带来不同刺激，从而产生不同脑电波信号。脑机接口设备捕捉到脑电波信号并进行识别后，就会将目标字符输出到屏幕上。
关于“意念打字”，脸书（Facebook）创始人马克 扎克伯格（Mark Zuckerberg）也在2016年入局。由于扎克伯格同样认为，侵入性脑部植入难以被大众所接受。因此其研发团队也在致力于开发无创的可穿戴技术，其目标是研制出可每分钟输入100个字的脑控拼写器原型系统。2017年，他公布了其秘密B8计划中开展的脑机接口研究：“我们正在开发的系统，让你的大脑直接打字，速度是你用手机打字的5倍。”
关于“意念打字”速度，最近国内又传出了好消息。8月底，在北京举办的2019世界机器人大赛事之一——“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛中，诞生了中国利用脑机接口技术打字的新纪录：每分钟在电脑屏幕输出691.55比特，相当于每分钟输出69个汉字。这项纪录的创造者来自天津大学精密仪器学院神经工程与康复实验室研究生二年级的魏斯文。普通人用手在触屏手机上打字的速度是每分钟600比特。魏斯文凭借脑电波打字的最快速度，已经超过了普通人用触屏手机打字的速度。
据悉，脑控打字记录挑战赛所使用的脑机接口范式是SSVEP范式，这是中国科研人员自主研发脑机接口范式。它已经与美国科研人员提出的P300范式和欧洲科研人员提出的运动想象范式并列为国际脑机接口领域三大范式。
脑机接口技术的不断发展正在让人类过去认为只有“神仙”以及“超能力者”才有可能具备的意念操控能力走入普通人的家庭。目前，科学家们对于该技术的研发目标都是瞄准医疗健康领域，像曾经的义肢、仿生眼、人工耳蜗等一样，让遭受伤痛折磨的患者获得更高的生活质量。
