浅谈脑机接口

<!--more--> </br> <a href="https://s2.ax1x.com/2020/01/19/19fbAU.jpg" class="highslide" onclick="return hs.expand(this,{slideshowGroup:'images'})"><img src="https://s2.ax1x.com/2020/01/19/19fbAU.jpg" alt="19fbAU.jpg" border="0" /></a> # 一、引言 近期一篇名为：[「全国首例！72岁高位截瘫患者用意念吃油条、打麻将，浙大脑机接口创多项第一」](https://zhuanlan.zhihu.com/p/103180317) 的文章在知乎等各大学习与科技平台显现，文章大概讲述的是：在浙江大学医学院附属第二医院 16 楼功能神经外科的一间病房里，张先生（高位截瘫患者）利用**“意念”** 控制外部器械进行多个正常人的操作。 文章中所说的“意念”其实并不是科幻小说或者电影中的真正意念-这种超自然的能力。它们所被实现完全是由浙大的脑机来完成的，何为脑机？在这里来说就是实现大脑对机械的控制。 # 二、百科 ## 1、定义 根据第一次 BCI 国际会议的官方定义： >「脑 - 计算机接口（Brain–computer interface, BCI 或称 Brain–machine interface, BMI）是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统」。 除了这个官方的定义，我更喜欢和理解在曹守洪的论文-[「机器学习在脑中的应用」](http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10013-1017293359.htm) 的摘要中所写到的： > 脑机接口(Brain Computer Interfaces,BCI)是一种能够建立大脑与外部设备直接实时交互的通讯或控制系统。BCI可以通过分析脑电信号从而绕过外围神经和肌肉直接与外部交流或控制外部设备,这为运动能力严重受损的瘫痪病人带来了希望。 从技术实现途径来看，BCI 是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术。 按照侵入程度的不同，BCI 分为「非侵入式」、「半侵入式」和「侵入式」。 - 非侵入式（Non-invasive BCI），即在头骨外检测信号的设备； - 半侵入式（Partially invasive BCI），即安置在大脑皮层表面接收信号的设备； - 侵入式（invasive BCI），即通过开颅手术等方式，向脑组织内植入传感器以获取信号的设备。 三者各有优缺点，总体来看，BCI 设备对脑部侵入的程度越高，风险越大。 起初，BCI 的目的是修复或恢复人类失去的部分功能。 ## 2、应用 - 人工耳蜗：通过向体内植入电极系统，对位于耳蜗内、功能尚且完好的听觉神经施加脉冲电刺激，恢复、提高、甚至重建重度失聪患者的听觉。 - 仿生机械臂（Bionic arm）：通过结合 BCI 和肌电图（EMG）等技术，帮助残疾人恢复一定的触觉和肢体能力。仿生机械臂还能解决偶尔出现的幻肢问题。 - 脑电图（EEG）：是一种记录大脑电活动的电生理监测方法，通常为非侵入性，透过沿头皮放置的电极来读取大脑活动产生的微弱电信号。在医学上通常用作某些脑部疾病的辅助诊断方法。 ## 3、伦理问题 - 安全风险：许多较为激进的侵入式 BCI 技术需要「开颅」，将设备植入到颅腔内脑皮层中，以便获得高质量信号，但手术可能面临脑部出血、感染等风险，植入电极还可能出现脑部排异反应，引起脑组织损伤。 - 技术合理性的界定：BCI 作为修复或改善病患的受损功能，属于医疗上的技术进步。但 BCI 也能增强人类认知能力，这些「人造增强设备」应用在正常的人类身上是否合理还有待探讨。 - 知情同意：当病人完全失去自主沟通能力时，如何准确理解病人的想法？2012 年，发表于神经物理治疗杂志（JNPT）的一篇论文曾探讨过遇到的具体案例[2]：Jane 是一名患有闭锁综合症（意识清醒，全身除眼睛外全部瘫痪）的患者，患病后导致沟通非常困难。医生曾尝试利用非侵入 BCI 来与 Jane 交流，但效果不够理想。Jane 的丈夫非常渴望与妻子再次沟通，他希望尝试侵入性 BCI 的方法，而如何准确获知患者本人对侵入性 BCI 手术的意见是个难题。 此外，BCI 还可能导致社会公平问题，人类的自我认同问题等等。这些伦理问题还需要进一步探讨。 # 三、畅想 对比于目前的人工智能，脑机属于远未来实现范畴，未来它要走的路途远比人工智能要艰难，但是我相信利用技术对人的大脑进行操作远不是没有可能，更何况现在已经有了一些进展。 由于脑机接口所应用的技术很广泛，那么是否可以考虑在脑机接口中加入一些人工智能的算法或者技术呢？这在未来一定会有的！ 总结来说：**脑机接口+AI=更美好的未来** # 四、推荐阅读 1. [「家里很穷，考研人工智能还是脑机接口，我该不该搞科研？」](https://www.zhihu.com/question/362426711/answer/952502811) 2. [「玩够了AI，他们把目标对准了人脑」](https://ai.sqdxwz.com/index.php/archives/42/) 3. 知乎专栏-[「脑机接口」](https://www.zhihu.com/topic/19633046/hot)