元宇宙的终极脑机接口离我们还有多远

最近元宇宙的概念很火。行行业业的人要是不聊元宇宙，出门都不好意思跟人打招呼。有支持的也有骂的，反正很热闹。说来说去，元宇宙可以说是VR等各种“R”技术的最新马甲。这里R是英文Reality的缩写，意思是“真实”。但是现有技术提供的各种“真实”体验，总觉得差那么点意思。

VR眼镜

比如，当你戴上VR眼镜，体验过山车的疯狂，或许心能提到嗓子眼，但是却体会不到那种俯冲失重的虚无感，还有爬升时的压迫感。再举个例子，你在元宇宙中站在高楼之巅，施施然纵身跃下，毕竟不想在现实世界中拥有跳楼的体验。你看到地面在急速向你冲来，耳边呼呼的风声，甚至还听到了啪的一声，但是却没发出本应有的“啊”的一声，因为身上一点也不疼。

进入元宇宙

这说明什么呢？元宇宙并不是虚拟体验的终极发展。元宇宙只能刺激人类的视觉与听觉，但是人类还有味觉、嗅觉、触觉以及对加速度的体验等多种感觉，目前的元宇宙技术并不能模仿。

在元宇宙中，脸都不要了，你可以是任何形象

因此，有人说元宇宙将使人类进入醉生梦死的虚拟世界而不能自拔。但实际上，以现有的技术而言，这是完全做不到的。最起码在元宇宙里解决不了吃喝拉撒的问题。到饿了的时候大家还是得把VR眼镜或者头盔摘下来，老老实实坐到饭桌前。有人会说，当然不应该期望在元宇宙中闻到饭菜的芳香，甚至品尝食物的味道，以至于吃完虚拟大餐之后的涨肚感，这些本就是做不到的啊！元宇宙就是让你看看而已，要讲真实体验嘛，还是回到现实世界中去吧！

戴眼镜的感觉怪怪的

今日的元宇宙当然做不到全面的体验，可是未来的元宇宙能否做到呢？让我们先把注意力转移到另外一种技术：脑机接口。脑机接口技术最近也很引人注目。马斯克前几年投资了一家叫做Neuralink的公司，就是做脑机接口的。以马斯克的知名度，他无论做什么你都不得不关注；但凡做事必须要先看风向，毕竟为数众多的猪们都在寻找飞起来的机会。

元宇宙的终极是什么样子？脑机接口会成为许多科幻爱好者们众口一词的答案。

"脑-机接口"（Brain-Computer Interface，BCI）是近年来脑科学研究取得的一个显著进步。通过对大脑活动过程中脑信号的编码和解码，脑机接口可以在大脑和外部设备之间建立起一种直接的通讯和控制通道，从而起到恢复和增强人体功能的作用。

《攻壳机动队》、《黑客帝国》等脍炙人口的科幻作品，已经为人们展示了脑机接口元宇宙一个可能的未来。通过大脑与电脑的连接，人们可以在虚拟世界中自由地获取信息、开展社交，甚至获取味觉、触觉等多种感官的体验。

1995年动画电影《攻壳机动队》中对脑机接口技术的想象

相比只能提供视听的PC、手机等"传统"介质，甚至是目前还尚在探索中的VR和AR，脑机接口能带给元宇宙的体验将是革命性的。

目前环境下的游戏中，玩家角色的大多数动作都是预设的（比如攻击、跳跃、抓取物品等等）。玩家通过按键触发这些预设动作，达到与游戏交互。而无论玩家怎么操作，预设动作都只能一成不变。

而脑机接口用意念控制游戏，可能实现更自由的操作。玩家在元宇宙中可以凭借自己的意志自由地活动身体的每一个部位，软件也不再需要死板的预设动作，玩家可以随心所欲的开展与虚拟世界的交互。

交互方面，不仅可以摆脱掉预设动作的"枷锁"，多种感官的反馈也将通过脑信号的双向传输成为可能。

VR游戏会给玩家带来晕眩感。这主要是由于在与游戏内物品交互时，虚拟物品缺乏实体导致的视觉和触觉产生割裂。

而在脑机接口的信号双向传输，也让元宇宙能够跨越这个难题。在脑机接口的元宇宙中，你触摸一块石头，你能感受到石头的纹路、温度；当你把它拾起来，你甚至能感受到它的重量。

这样，脑机接口将彻底打破现实与虚拟之间的壁垒，人们可以用自己的眼睛去"看"，用自己的手去"触摸"，用自己的耳朵去"听"。在那天，人类真正地居住在虚拟世界也将成为可能。

脑机接口+元宇宙 最难在"读心"

时至今日，人脑仍然是人类科学难以攻克的高地之一。

"脑-机接口"（Brain-Computer Interface，BCI）是近年来脑科学研究取得的一个显著进步。通过对大脑活动过程中脑信号的编码和解码，脑机接口可以在大脑和外部设备之间建立起一种直接的通讯和控制通道，从而起到恢复和增强人体功能的作用。

利用脑机接口，使用者用意识进行操作（比如玩游戏、打字），靠的就是大脑发出的信号。所以只有通过精准地识别大脑的信号，并对其解析，玩家在元宇宙内进行的一切行为才能成为可能。

识别脑信号，并对大脑功能区进行定位：对大脑的"读心术"，可以说是脑机接口技术的基础。在中国科学院自动化研究所，从事脑机接口技术研究的何晖光教授说，为了方便理解，可以将这项技术简单归纳为 "减法"的过程：

"人在静息状态下，他的大脑里就会有一个基本的信号A。如果看到了东西，大脑接受了视觉刺激，它就会有一个专门的区域做出直观的反应，产生了信号B。用信号B减去信号A，我们就能发现对应视觉工作的是区域是什么。"

通过分析使用者在接受不同种类刺激时大脑发出的信号，我们就可对功能区进行定位，再借助基于人工智能的脑机接口解码算法，设备就能设法读取出大脑的"想法"，使用者便可以借由"意念"在"元宇宙"中完成操作，从而实现对外部设备的控制。

“脑机接口”（ BCI）的定义 =“脑”+“机 “+“接口”。是一种连接大脑和外部设备的实时通信系统。BCI 系统可以把大脑发出的信息直接转换成能够驱动外部设备的命令，并代替人的肢体或语言器官实现人与外界的交流以及对外部环境的控制。换言之 ，BCI 系统可以代替正常外围神经和肌肉组织，实现人与计算机之间或人与外部环境之间的通信 。可见“把大脑发出的信息直接转换成能够驱动外部设备的命令” 是脑机接口系统的工作重点。

以神经假肢为例，了解人的大脑如何控制肢体的运动是研究基础。人脑的运动皮层是发起运动行为的司令部，把运动皮层的神经信号转化成电信号，并控制肌肉运动是神经假肢的作用原理。其中，发出的神经信号是脉冲信号，但肌肉发力的大小是幅度信号，重点就在于如何读取 “脉冲信号” 并通过算法转化为精确的“幅度信号”。如果要制造人工神经控制肌肉运动，需要把运动皮层的信号给读取出来，转化为不同大小的电信号去精确的刺激每一块肌肉，并根据实际环境调整动作，才能产生可控的运动行为。

上述步骤分为四个模块：信息采集、信息分析、再编码、反馈，每一个部分都有属于自己的研发重难点。

就信息采集而言，从目前的研究水平来看在评估某种信息采集手段优劣时需要考虑三个方面的标准：规模——可以记录多少神经元；分辨率——这个工具接收到的信息的细致程度。这里所说的分辨度可以分成两种：空间上的分辨率（能否细致记录单个神经元的触发情况）和时间上的分辨率（能否确定你所记录的活动的确切发生时间）。

而信息采集通量和准确性与设备的植入方式正相关，方式分为侵入式和非侵入式。二者都有各自的优点和问题。

非侵入式是指无需通过侵入大脑，只需通过附着在头皮上的穿戴设备来对大脑信息进行记录和解读。这种技术虽然避免了昂贵和危险的手术，但是由于颅骨对于大脑信号的衰减作用，以及对于神经元发出的电信号的分散和模糊效应，使得记录到的信号强度和分辨率并不高，很难确定发出信号的脑区或者相关的单个神经元的活动。

之所以出现以上问题，是由于神经电位在传递过程中会受到诸多影响。机器首先要能听到大脑的声音，这是目前脑机接口发展最大的障碍。大脑‘说话’的方式非常独特，它通过在不同的时间点激活不同的脑区，来表达不同的意图。同时脑内信号的收集过程中也会收到不同程度的干扰，进而降低脑电图信号的清晰度。要克服这些问题，最好的办法就是通过神经外科手术直接把脑电图设备嵌进大脑里，也就是所谓的侵入式脑机接口。

侵入式可以通过手术等方式直接将电极植入到大脑皮层，这样可以获得高质量的神经信号，但也同样面临着风险。首先，侵入式往往伴随着开颅手术，安全风险和成本较大。由于异物侵入，可能会引发免疫反应导致电极信号质量衰退甚至是消失。

信息采集是只是解题步骤的开始，信息分析和再编码是第二个难点。

收集好了足够多的信息后，就要进行信号的解码和再编码以处理干扰，而与大脑直接相关的输入、输出信号的读取和解码是最困难的。人脑的神经信号作用方式十分复杂，且由于脑功能的复杂性以及人类对脑认知的局限性, 目前我们只能部分识别脑电信号, 实现大脑的部分功能。而在不打开脑子的情况下完成所有信息的读取和解码，我觉得对于现在而言是一个 impossible 的任务。

而提到反馈，将所获得环境反馈信息后再作用于大脑也非常复杂。人类通过感知能力感受环境并且传递给大脑进行反馈，感知包括视觉、触觉、听觉、嗅觉和味觉等等。脑机接口要实现这一步其实是非常复杂的，包括多模态感知的混合解析也是难点，因为反馈给大脑的过程可能不兼容。

脑机接口的人体实验

12月7日，埃隆·马斯克在华尔街日报CEO理事会论坛发言时表示，Neuralink希望在 2022 年之前将他们的第一个植入设备植入人体，希望其能帮助恢复四肢瘫痪者的全身功能，目前正在等待美国FDA（Food and Drug Administration，美国食品药品监督管理局）的批准。

“我们植入设备的标准高于FDA的要求，”马斯克在会议期间接受视频采访时说，“我认为我们有机会通过Neuralink恢复脊髓损伤患者的全身功能”。

马斯克在采访中对Neuralink寄予厚望，“我不想不合理地提高希望，但我越来越相信这是可以做到的。我认为我们有机会，我强调这是可能的，让无法行走或无法使用手臂的人再次能够自然行走。”

经过2017和2019的独自领投1.5亿美元后，Neuralink终于在C轮获得了2.05亿美元的融资，而距离其创业中间整整过去了5年。

今年公开表明了入局"元宇宙"的Facebook也早在2017年开始了对脑机接口技术的研究。作为旗下"元宇宙"部门的"Reality labs"与加州大学旧金山分校合作的脑机项目，"Project Steno"被外界寄予了许多厚望。这是一个让使用者可以通过意念打字的头戴式脑机连接设备。

在项目开始之初，Facebook的目标是让使用者可以以每分钟100个单次的速度打字，但在实验的结束期，"Project Steno"的解码速度却只有每分钟12.5个单词。

今年7月，Facebook正式宣布将停止研发头戴式光学脑机接口技术，并将目光转向了手腕式输入设备。在对外资料中，Facebook提出手腕式输入设备更容易快速进入市场。这被认为是Facebook将视野从脑机接口技术转向其他元宇宙入口的信号之一。

国家中远期战略倾斜

尽管缺乏民间资本支持，但脑机接口已经被国家所关注，并已经被作为国家在未来将要着重培养的重要战略方向。在我国的"十一五"至"十四五"规划中，脑与认知科学以及脑机接口都是其中的重点发展方向。我国已明确将脑机融合作为十四五规划的攻关项目之一。

2017年，国务院印发了《十三五国家科技创新规划》。在科技创新2030的重大项目中，类脑计算与脑机智能赫然在列。这也就意味着，在面向2030年的国家科技远期战略中，脑机接口相关的研究将获得国家更大力度的支持。

脑机接口+元宇宙，伦理必须得过关

"不止元宇宙，我坚决反对脑机接口应用在非临床的领域。"某省级医院神经内科的副主任医师关晓莹说道。"这个东西就和潘多拉的盒子一样，打开以后，人类将来要被自己毁灭的。"

关主任说的并不只是她一个人的观点，而确实地说出了社会上一大部分人的隐忧。

令人望而却步的"脑后插管"

脑机接口这项前沿科技本就距离公众很远。再加上"植入芯片"、"脑内插管"等等听起来"凶险可怖"的手段，让社会对脑机接口这项技术充满了抗拒。

将大量心血投入脑机研究的何晖光教授，也承认脑机接口+元宇宙的推广面临着很多的伦理压力："民众的担心是正常的，而我们做研究的人最终还是要回答老百姓的问题。"在这些压力面前，脑机接口则必须选择自己的生存方式。

目前的脑机连接方式主要分为两种：非侵入式和侵入式。前者通过外设，隔着头皮和颅骨对脑信号进行读取；后者则直接将电极植入大脑，以求更高效、更准确的脑信号读取。由于伦理压力，目前大多数以人类为对象的脑机实验都以非侵入式设备进行，侵入式实验则更多应用在动物（比如猴子、猪、小鼠等）身上。

1999年电影《黑客帝国》中构想的“脑后插管”

何晖光教授做了个比喻："之前，我们是隔着墙听声音；而现在科学进步了，我们试着把玻璃杯放在墙上听声音，这样就能听得更清楚些。但无论如何，都不如直接把墙凿开一个小洞听得清楚。"可就是这样一个小洞，中间却隔着无数安全与伦理上的争议与风险。

认知革命 是人类的进化还是潘多拉的盒子？

诚然，脑机接口常常面临着许多与之相关的质疑：

使用脑机接口进入元宇宙时，使用者的大脑和互联网就连接在了一起，并且信号可以做到双向传输。在这种情况下，究竟是人在控制机器，还是机器在控制人？人的自由意志会被消除吗？

抛开哲学讨论，使用者通过脑机接口进入元宇宙的安全问题似乎更加紧迫：如果脑机设备被黑客侵入，使用者的隐私如何保护？使用者的人格会不会遭到影响或篡改？使用者人脑信息数据的储存由谁来负责？脑机服务提供者的行为谁来监督？如何防止脑机服务提供者形成的数据和市场垄断？

未成年人游戏成瘾问题在近期社会各界引发了许多关注。如果脑机接口打破了现实与虚拟世界的界限，会不会引发玩家（尤其是未成年人）的过度沉迷，进而引发更严重的社会问题？

在未来，并非所有人都有能力接受脑机接口技术。富人通过接入元宇宙的虚拟世界先完成认知升级，而穷人则无法享受到发展的成果。一些人成为"超人类"后，会不会造成社会各层次更深的割裂？

认知革命、人类的进步并不能必然为科技的伦理性正名。贺建奎骇人听闻的故事还历历在目，足以警醒其他科研工作者。

2018年，南方科技大学的原副教授贺建奎公布了其一则骇人听闻的科研成果——一对经过基因编辑、天生可以抵御艾滋病的双胞胎婴儿。消息一出，就在社会各界引发了轩然大波。尽管有支持者称实验是为了人类的进步，贺建奎还是在2019年被深圳市南山区人民法院判为非法行医罪，并被追究刑事责任。

为了缓解舆论和监管压力，现在大多数的脑机接口研究都称自己是面向瘫痪、自闭症等临床病人，为他们提供正常生活的解决方案。关晓莹主任觉得，为了临床目的而诊治病人的脑机接口应用具有一定的正当性，因为这是使用技术为患者恢复其作为一个人本应具备的功能。但如果是为了娱乐或元宇宙而对脑功能进行修改，不管使用的是侵入式或非侵入式，那么脑机接口就超出了一个正常人所应有的范畴，不为医学伦理所接受。

伦理危机 监管如何进行？

面对伦理的争议和社会公众的质疑，脑机接口+元宇宙继续一个合乎伦理的准则作为界线。而这个界线在今天还尚不明晰。

在新的医学技术即将被引进、或某个重大手术（通常是移植手术）将要进行时，医院都会组织伦理委员会进行伦理审查。伦理委员会由院内年资较高、品行端正的高级医师组成。他们都必须通过专门的学习，对委员会的决议结果直接负责，不仅要让决议经得起法律的推敲，还得让社会公众能够满意。

近年医患关系本就紧张，国家对这方面也越来越严。伦理委员也就会把工作做得越来越细，但凡有一点问题就不可能通过的。

尽管脑机接口在目前还没有一个国家级乃至行业内的伦理规章，何晖光教授建议我们关注一下今年9月25日由国家新一代人工智能治理专业委员会发布的《新一代人工智能伦理典范》。

这份文件着重提出了在人工智能语境下，使用者的隐私保护、数据安全和自主决策权；同时也指出人工智能行业要拥抱监管，加强自查以保障其合法性与普惠性。这对脑机接口以及元宇宙的技术发展方向都有不小的借鉴意义。

在技术落地前，脑机接口+元宇宙相关的伦理问题必须先被解答。不过好在，留给人们思考这些问题的时间还很长。

在元宇宙的终极未来，等待着元宇宙的将会只有脑机接口技术。

在那天，真实与虚幻、线下与线上、现实与梦境的界线将不再泾渭分明。元宇宙也将不再只是一个产品、一个空间，甚至将不再成为一种生活方式。在那天，元宇宙将和人们的物理世界分庭抗礼、并驾齐驱，甚至相互纠缠而成为一种混合的"新现实"。

在那天，人们可以自由地进出元宇宙世界，在新的世界建造新的文明。而人们建造的新文明，将比人们现有的更加瑰丽、更加繁荣。

部分内容来源：雷锋网 ，作者董子博。文章仅用于学术交流，不用于商业行为，若有侵权及疑问，请后台留言，管理员即时删侵！