「腦機接口」技術:讓「腦控」成為現實

2020-11-25 中國共產黨新聞網

原標題：●它可使機器或物體按照人的大腦意念思維執行操作 ●它的發展將賦予未來武器裝備作戰系統智能化本領 國防科技大學教授胡德文為您講述

胡德文，國防科技大學教授、博士生導師，長期從事腦科學與認知科學研究，主持國家863計劃等10多項課題研究，獲國家自然科學獎二等獎。

單兵系統

虛擬實境

聯合作戰

核心提示

2014年世界盃開幕式上，巴西一名殘疾人利用腦控技術完成開球，向全世界觀眾展示了腦科學技術發展的魅力。國際腦研究組織宣布，21世紀是「腦科學時代」。

視點聚焦

人腦的智能

科學源於幻想，這話有一定道理。電影《阿凡達》男主角是一位坐在輪椅上的殘障人士。然而，他卻可以用思維去控制一具人造「外星人」軀體，演繹了一場「心靈感應」的神奇。電影《環太平洋》中，「機器人」大戰外星球怪獸，更讓鋼鐵之軀的機器人獲得了人腦的智能。

神奇科幻正逐步走向現實。這得益於「腦機接口」技術的創新發展，自上世紀70年代「腦機接口」技術誕生以來，經過近半個世紀的發展，如今已能實時捕捉大腦複雜神經信號，並用來直接控制外部設備，使得人和機械可以作為一個生命不同組成部分而共存。人腦思維控制外部物體不再是幻想，電影中的科幻情景已開始大步走進人們的生活。

外部設備 如何讀懂大腦神經信號

人的大腦是一個高度複雜信息處理系統，它由數十億的神經元通過相互連接來進行信息交流，以整體協調方式來完成各種各樣的認知任務。

在人類進化過程中，科學家發現，當人的大腦在進行思維活動、產生意識或受到外界的刺激（如視覺、聽覺等）時，伴隨其神經系統運行的會有一系列電活動，從而產生腦電信號。「腦機接口」技術就是通過採集大腦皮層神經系統活動產生的腦電信號，經過放大、濾波等方法，將其轉化為可以被計算機識別的信號，從中辨別人的真實意圖。其核心技術主要包括大腦神經生物信號採集技術、大腦神經生物信號處理技術、人機高效協同技術等。

就是說，人腦想執行某個操作，不需要通過肢體動作，通過「腦機接口」技術，即可讓外部設備讀懂大腦神經信號，並將思維活動轉換為指令信號，來實現人腦思維的操控。

意念控制 極具潛力的研究方向

自美國科學家提出「腦機接口」技術命題後，便成為腦科學與認知科學領域一個極具潛力的前沿研究方向。1988年，美國科學家實現了用大腦控制虛擬打字機操作。瑞士科學家加朗領導的研究團隊，實現了輪椅按人腦意識控制行走。2006年，日本研製出「混合輔助腿」，不僅能幫助殘疾人以每小時4公裡的速度行走和毫不費力地爬樓梯，而且可以託起40公斤的重物。2013年3月，英國研究人員開發出第一種用於控制飛船模擬器的「腦機接口」裝置，美國科研人員又創建了計算機模擬程序，戴在頭上後通過人腦意念便可控制飛船模擬飛行。

在我國，國防科技大學認知科學基礎研究團隊經過20多年的研究，現已實現讓機器人按照人腦的思維自由行走或執行某項操作。裝有「腦機接口」裝置的汽車，可以不通過人的肢體操作，而是通過採集腦信號，便可按照人腦的思維意識啟動、加減速或轉彎，時速可達5至10公裡。

發展應用 軍事強國群雄逐鹿

腦機接口，人機互動，為武器裝備操控提供了全新的智能化發展方向。

新世紀之初，美國就開始探討「腦機接口」技術軍事應用，投入巨資研究武器與人相互作用機理，研究用人的意念控制機器人士兵，以降低戰爭傷亡率。2004年，美又資助多個實驗室進行「思維控制機器人」研究，還聯合商業研發機構和地方政府開展腦聽器、心靈及生理響應系統、無線電催眠發生器等多項「腦機接口」技術研發。其「認知技術威脅預警」項目，已獲得初步科研成果，可使士兵在2～3秒內識別視場範圍內100個威脅目標。美空軍還利用「腦機接口」技術，著力研究肌體協同控制。

2013年，美國防部披露了一項「阿凡達」研究項目，計劃在未來實現能夠通過意念遠程操控「機器戰士」，以代替士兵在戰場上作戰，遂行各種戰鬥任務。未來，賦予武器裝備「隨心所動」的智能化操作，將不再是神話。

前景廣闊 加速邁向腦科學時代

腦科學具有廣闊的應用前景，世界經濟強國傾力加緊研究。20世紀90年代，美國率先提出「腦的十年計劃」，歐盟成立了「歐洲腦的十年」委員會，國際腦科學組織也採取多種舉措推動腦科學研究發展。1995年，日本政府宣布投入200億美元實施「腦科學時代」計劃，把「認識腦、保護腦、創造腦」作為腦研究三大目標。2013年4月2日，美國總統歐巴馬正式宣布開展人腦研究計劃。同年，歐盟計劃啟動為期10年的「歐洲人類大腦研究計劃」，希望能模擬一個完整大腦功能。目前，西方的著名大學幾乎都設有腦科學研究機構，一些企業也紛紛加入研究行列。

在我國，腦科學與認知科學被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006－2020年）》八大前沿科學問題之一，強調要加強「腦發育、可塑性與人類智力的關係」研究。2013年，作為「事關我國未來發展的重大科技項目」之一的「中國腦計劃」正式啟動。

21世紀，被稱為「生命科學、腦科學的百年」或「腦研究世紀」，伴隨著腦科學和認知科學的興起與發展，以人類為中心的認知與智能活動研究，已進入發展新階段。（王握文 李治）

相關焦點

  • 「腦控」成真?「腦機接口」技術或讓「讀心術」成為現實
    「腦機接口」技術要發展成熟，遇到的核心技術難點包括大腦神經生物信號採集及處理、人機高效協同等。如何高效採集到腦電信號並成功「解碼」，能否將人腦的思維活動轉換為指令信號，都考驗著涉及機械動力、機器學習、神經科學、認知科學、信息工程等相關技術領域的研究水平。 　　還記得在2014年巴西世界盃開幕式上，一名癱瘓少年通過大腦控制外骨骼開出的那一球嗎？
  • 腦機接口技術：正從科幻逐步走向現實
    這些確實是非常的科幻，現在隨著腦機接口技術的發展，科幻有可能變為現實嗎？相比之下，侵入式的腦機接口門檻較高，但是信號的清晰度也更高。Space X及特斯拉創始人埃隆·馬斯克旗下的腦機接口公司Neuralink選擇的就是侵入式腦機接口技術。其最新的技術是利用一臺神經手術機器人向人腦中植入數十根直徑只有4-6微米的「線」以及專有技術晶片，然後可以直接通過無線的形式讀取大腦信號。
  • 腦控萬物,BrainCo發布腦機接口人類智能作業系統BrainOS
    美國東部時間8月26日晚上10點，北京時間8月27日早上10點，哈佛創新實驗室的華人腦機接口創業企業BrainCo在位於美國波士頓的哈佛大學展示了BrainOS人類大腦智能作業系統的初步成果，這一發布，宣告了人機互動領域進入到了一種裡程碑式的新階段。過去不到十年間，手機作為人類的新器官似乎已經成為現實，我們迅速習慣了用手機社交、購物，紛爭和打發無聊時光。
  • 腦控萬物 BrainCo發布腦機接口人類智能作業系統BrainOS
    美國東部時間8月26日晚上10點，北京時間8月27日早上10點，哈佛創新實驗室的華人腦機接口創業企業BrainCo在位於美國波士頓的哈佛大學展示了BrainOS人類大腦智能作業系統的初步成果，這一發布，宣告了人機互動領域進入到了一種裡程碑式的新階段。過去不到十年間，手機作為人類的新器官似乎已經成為現實，我們迅速習慣了用手機社交、購物，紛爭和打發無聊時光。
  • 腦機接口技術讓科幻成為現實
    最近大腦-計算機對接的進展正在將腦間直接傳遞思想的科學幻想變成現實。過去幾年發表的一系列研究宣告了動物之間、人之間甚至人鼠之間腦活動的直接傳輸。這種「腦腦對接」（BBI）通過連接兩個個體的大腦實現了腦活動的實時直接傳遞。雖然目前的腦機接口技術與科幻作品中的描述無法比擬，但通過意念簡單操縱機器，正一點一點走進現實。
  • 國產「腦控機器人」走向家用,填補腦機接口商業化應用空白
    除此以外，電商網站上還有另一款曾出現在某綜藝節目中的腦控無人機產品，售價在1400元左右。澎湃新聞進一步查詢發現，國外在腦機接口產品的商業化方面更為成熟。如，一家名為EMOTIV的公司有三款腦機接口頭戴設備在售，售價從299美元至2100美元不等。
  • 從科幻到現實再到生活，腦機接口那些年
    在遙遠的「人機」預言實現以前，回到腦機接口技術最初的醫學使命，也將幫助我們更多地靠近腦機接口的現實真相。腦機接口那些年腦機接口作為一種不依賴於外周神經和肌肉正常傳出路徑的通訊控制系統可以採集並分析大腦生物電信號，並在計算機等電子設備與大腦之間構建交流與控制的直接路徑。
  • 腦機接口的軍事應用，未來戰爭要成為現實了嗎？
    用頭腦控制機器聽起來像是科幻電影中才有的場景，但實際上，通過腦機接口技術，已經成為現實。腦機接口技術起源於上世紀七十年代，經過幾十年的研究，面向運動功能的基於肌電信號的腦機接口技術（多用於假肢）已經有了長足發展；以人工耳蝸為代表的面向感覺功能的腦機接口也大大改善了許多患者的生活。
  • 馬斯克說的腦機接口怎麼回事?
    電影《阿凡達》男主角坐在輪椅上用意念去控制人造「外星人」軀體；電影《環太平洋》中，大戰外星球怪獸的機器人接受人腦的指令；電影《X戰警》中的X教授擁有心靈感應和精神控制的超能力；電影《金剛狼3》中由波伊德·霍布魯克出演的反派角色唐納德·皮爾斯腦控機械手臂。 如今在科學界，人與人不用言語而僅用思維進行交流的研究已取得重大進展「腦機接口」技術的飛躍發展，讓人和機器共存。腦對腦直接溝通的時代已然來臨。
  • 從醫學使命到現實真相,腦機接口道阻且長
    腦機接口的熱議似乎也走向了賽博朋克裡關於「人機」的預言，即所謂的「自由個人」終將成為一個虛構的故事，轉而變為生化算法的組合。而此前，無論是《黑鏡》還是《黑客帝國》都曾從「反烏託邦」的視角討論過「腦機」存在的未來意義。當然，對於腦機接口未來意義的討論是必要的，這關乎人類文明的生長和社會整體秩序的更新，但事實上，大多數腦機接口技術最初其實是作為醫療應用而被開發。
  • 腦機接口有大突破，未來用意念就能開車？
    「意念開車」早已成為現實早在2015年，南開大學和長城汽車合作設計了一臺「腦電控制汽車」，將科幻變為現實。該車基於一輛哈弗H9改裝而來，原理是通過專門的設備採集駕駛者的腦電信號，通過算法轉化為電子數據信息，從而給車輛下達指令。其中最主要的技術概念，便是腦機接口。
  • 陳根：從醫學使命到現實真相，腦機接口道阻且長
    當然，對於腦機接口未來意義的討論是必要的，這關乎人類文明的生長和社會整體秩序的更新，但事實上，大多數腦機接口技術最初其實是作為醫療應用而被開發。在遙遠的「人機」預言實現以前，回到腦機接口技術最初的醫學使命，也將幫助我們更多地靠近腦機接口的現實真相。
  • 「搖籃」裡的腦控武器
    尤其是在兵器界，近年來不少軍事大國紛紛把目光投向這裡，企圖藉助不斷提升的腦科技和人工智慧技術，打造出類似電影《阿凡達》裡那樣的腦控武器。腦控武器以腦機接口技術為基礎，將腦電信號作為驅動信號，代替人的肢體操作，實現對武器的控制。「腦機融合」能帶來「人」「物」分離，並賦予武器裝備「隨心而動」的智能化特徵，使得「感知即決策、決策即打擊」成為可能。
  • 腦機接口、夢境控制……這家實驗室正在讓科幻電影成為現實
    人民網上海10月24日電（陳晨）10月23日，陳天橋雒芊芊研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI）第一個腦科學前沿實驗室，在大型神經醫學中心上海華山醫院虹橋院區落成投入使用。實驗室包括了腦機接口、睡眠夢境、認知評估、數字醫療、嗅覺香氛舒緩情緒等多項內容，將以國際化和產業化為核心特色，進一步支持腦科學研究。
  • 腦機接口難題不少
    ——腦機接口。腦機接口是在人與外部設備間創建的信息連接通路。通過解碼腦信號，將其轉換為可被識別的命令信號，實現人與機器或外部環境之間的交互。1973年，計算機科學教授雅克·維達爾首次在學術期刊上提出「腦機接口」的概念。2014年巴西世界盃開幕式上，一名截癱男子用思維控制機械外骨骼成功開球。如今，腦機接口已成為腦科學、神經科學等領域最受矚目的研究方向之一。
  • 什麼是腦機接口技術？
    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梁，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。在此後的時間裡，人們針對該技術的算法和應用不斷創新。
  • 科技 | 腦機接口、夢境控制……這家實驗室正在讓科幻電影成為現實
    實驗室包括了腦機接口、睡眠夢境、認知評估、數字醫療、嗅覺香氛舒緩情緒等多項內容，將以國際化和產業化為核心特色，進一步支持腦科學研究。TCCI創始人陳天橋在落成儀式上致辭中表示，腦科學前沿實驗室是TCCI進行腦科學研究的重要載體，也是TCCI捐助5億人民幣支持中國腦科學研究的重要一步。
  • 2020上海國際腦機接口行業發展應用大會
    「接口」 = 「用於信息交換的中介物」。 「腦機接口」的定義=「腦」+機「+」接口」。即，在人或動物腦（或者腦細胞的培養物）與外部設備間創建的用於信息交換的連接通路。 腦機接口（BCI）技術的應用前景非常的廣闊，比如可以幫助人們直接通過思維來控制基於BCI接口的機器人，從事各種工作。腦機接口機器人不僅在殘疾人康復、老年人護理等醫療領域具有顯著的優勢，而且在教育、軍事、娛樂、智能家居等方面也具有廣闊的應用前景。
  • 腦機接口技術已經來到你身邊!
    目前最複雜的腦機接口技術是雙向腦機接口技術(BCI)，這項技術不僅能夠接收神經系統信號還能夠刺激神經系統。研究人員將雙向腦機接口技術視作治療中風和脊髓受傷患者的一種全新康復工具。研究人員已經表明，雙向腦機接口技術能夠用於增強兩個大腦區域之間或者大腦與脊髓之間的連接，而且能夠變更受傷區域的信息傳遞路線來激活麻痺的肢體。
  • 首批腦機接口腦科學課程在三翼鳥智慧客廳誕生,能科學開發智力
    「腦機接口」技術莫屬了,它能實現「人腦與電腦共生」,讓科幻變成現實。　　而9月13日在海爾智家《潮玩智家》星推官現場,三翼鳥智慧客廳提供的腦科學測訓系統就已經走進千家萬戶,幫助孩子利用AI科技提高智力。同時,這也是全球第一批通過腦機接口實現的腦科學課程。