人脑思维直接控制机器人：脑机接口的前景与劣势

英国著名物理学家史蒂芬霍金的逝世，让全世界的人都悲痛万分。在珍惜这位巨星的同时，我们也可能想知道，这位一动不动的科学巨人是如何与世界对话的？在微博视频中，霍金借助长期以来一直属于科学巨头的轮椅设备，回答了TFBOYS成员王俊凯的提问。那么这款轮椅是如何让无法移动和说话的霍金与人类交流的呢？

脑机接口研究进展到什么程度了？

其实了解这款轮椅的人大概都知道，赋能的背后是脑机接口。什么是脑机接口？目前的发展情况如何？今天的智能相对论（微信ID：aixdlun）简单总结一下。

1、三个轮椅升级代表着脑机接口的进步和飞跃。

实际上，霍金的轮椅经历了三轮升级，也代表着技术的三个进步和飞跃。

1985 年，霍金因肺炎接受了气管切开术，完全丧失了说话的能力。当时，美国加利福尼亚州一位名叫瓦特沃尔托兹的计算机工程师为霍金设计了一个名为“均衡器”的计算机程序。后来，Cambridge Conditioning Communications 的 David Mason 改进了该设备，该设备每分钟可以“说”15 个单词并直接打印文本。

自 2005 年以来，霍金已经完全丧失了行动能力——他甚至无法移动手指。英特尔创始人戈登·摩尔为他设计了2.0版的轮椅。霍金说话时，面部肌肉收缩和放松，激活辅助系统，用眼球控制红外发射器，选择屏幕上依次出现的英文字母。

到 2011 年，他的病情恶化了，英特尔 CTO Justin Rattner 组建了一个人机通信技术团队来升级霍金的设备，并开发了一个面向残障人士的交互式系统工具包（Assistive Situational Awareness Toolkit，简称 ACAT）。霍金轮椅可以说是升级到了2.第1版，升级后的软件集成了SwiftKey人工智能预测技术。

但是，我们都知道2.1版的霍金轮椅有一天会因为主人的病情不幸加重而无法使用。因此，人机交流专家开始设计3.0版智能轮椅。轮椅，所有严重残疾的人都可以从中受益。

另外，美国宇航局的艾姆斯研究中心开发了一种技术，不仅可以让残疾人自主控制电动轮椅，还可以将思想（他们想说的话）传输到语音合成器，让后者“说话” .

同样，软件可以检测用户想说什么，然后将命令发送到语音合成器，由它为用户“说话”。这对世界来说绝对是个好消息。

2、现状：大公司小团队齐头并进。

惊人的人类大脑包含巨大的复杂性和大量未解之谜。了解“三磅宇宙”，打通人脑与机器的连接，实现人工智能与人脑的交互，成为世界各国科学家的研究热点。在此期间，众多巨头和世界顶级科研机构都参与其中。

埃隆·马斯克 (Elon Musk) 成立了一家名为 Neuralink 的新公司，旨在“开发将人脑与计算机连接起来的超高带宽脑机接口技术”。他们正在开发一种“全脑接口”，即一系列连接到大脑的微小电极，使我们能够与世界进行无线通信。使用这项技术，我们可以分享我们的喜怒哀乐，而无需书写或张开嘴巴。

波士顿大学和麻省理工学院联合开发了一种新的反馈系统，使机器人能够适应人类的思维模式，实现人脑对机器人的实时直接控制。

一个名为 Human Connectome Project 的项目目前正在神经科学界进行。科学家们希望通过这个项目来构建一张完整的人脑地图。人类以前从未涉足过这种规模的大脑映射。该计划需要将人脑切成令人难以置信的薄片——大约 30 纳米厚，或 1/33,000 毫米。 （这张图片是一台机器对老鼠大脑进行切片）。

2016年10月21日，我国自主研发的在轨脑机交互系统在天宫二号上成功实现了首次载人空间脑机交互实验。该系统的建立和成功测试，对推动未来先进交互技术在轨适应性的深入研究和应用起到了重要的推动作用。

每个人如此积极参与只有一个目的，那就是利用机器帮助霍金等有需要的人与世界重新沟通。

3、最大的难点：如何从大脑输出正确的信息，将正确的信息输入大脑？

当你读到这句话时，你的眼睛正在做一系列的水平运动。这是大脑的神经元向机器（你的眼睛）输出信息，机器接收命令并做出响应。

当您的眼睛以正确的方式移动时，屏幕发出的光子会进入您的视网膜并刺激枕叶皮层的神经元，让这些文字的图像进入您的脑海。在这个过程中，输入和输出信息是大脑中神经元的工作，而脑机接口要做的就是干预这个过程。

波士顿大学与麻省理工学院联合研发的名为“Baxter”的人形机器人作为受控终端，在操作者的注视下执行二元分类任务。机器人通过脑电图扫描仪实时监控被试的脑电势变化，并利用机器学习算法快速准确地分析脑电波信号。这看起来是一次积极的尝试。

但是问题还没有完全解决，比如如何将正确的信息输入大脑？也就是如何刺激神经元。大脑的各个部分很难理解，而运动皮层已经是最容易理解的部分之一。运动皮层是大脑中负责输出的主要区域之一。

一个人所做的任何动作基本上都是由运动皮层直接控制的。运动皮层和手通过神经传递信息，脑机接口是运动皮层和计算机之间传递信息的媒介。这种方法需要将包含 100 个电极的多电极阵列植入患者的运动皮层。 这仍然是个问题。

脑机接口是有前途的还是可怕的？

Neuralink 正在开发一种“全脑接口”，该接口完全无缝、生物相容且功能强大脑机接口最新进展，让用户感觉自己是大脑皮层、边缘和中枢神经系统的一部分。通过全脑接口，用户可以与安装了类似接口的云、电脑等用户的大脑进行无线连接。信息可以像您现在所想的那样轻松地在您的大脑和外部世界之间自由流动。

听起来很神奇，不是吗？这其实是对给他们带来的应用场景的一种反思。目前最有可能先实现这两个脑机接口。

1、在医疗保健系统中成为“趋势”而不是“噱头”。

“在医疗系统中，脑机接口的作用”是用意念控制不能移动的肢体。

美国五年前的一次潜水事故中，大学生伯克·哈特因颈椎和脊髓损伤导致四肢永久性瘫痪。自 2014 年以来，俄亥俄州神经病学中心的研究人员一直在设计一种植入 Burckhardt 大脑的芯片，以让他的大脑控制运动。植入大脑的芯片名为“Neurolife”，通过连接器与电脑相连。

计算机使用特殊软件解读大脑发出的信号后，向带有 130 个电极的电子手铐发送指令，以刺激手部肌肉，让伯克哈特绕过脊髓，控制手部活动。经过一年多的练习，伯克哈特现在可以用意念控制右手，完成拿起杯子、刷信用卡等动作。

其实在医疗领域，“脑机接口”可能还有更多的应用场景，比如帮助残疾人恢复语言功能、移动功能等，但前提是必须植入技术在头脑中，任何人工智能技术都只能是人脑和人手的延伸，是帮助患者的工具。并不是说人的意识可以脱离身体，储存在一个设备中，让人脑变成一台冰冷的电脑来工作。

2、让“机械装甲”无处不在

人类是世界上最复杂、最复杂、最敏感的生物，不同的个体有不同的表现特征。如果 100 个神经元可以确定光标在屏幕上的移动位置，它们能否发出命令拿起一杯咖啡喝一口？据消息人士透露，一名四肢瘫痪的女性能够在飞行模拟器中驾驶 F-35 战斗机。

既然这种方法可以读取手臂动作，那么身体其他部位也可以读取吗？巴西的脑机接口先驱 Miguel Nicolelis 和他的团队创造了一个完整的外骨骼，让一名瘫痪的少年为巴西世界杯打进了他的第一个球。你觉得可怕吗？事实上，依靠“脑机接口”，类似的“机械装甲”可能随处可见。

换句话说，在智能社会中，这些技术的人造物体脑机接口最新进展，例如生物芯片，不仅具有医疗功能，还可以增强人体功能。它看起来像一个虚构的东西。

脑机接口爆款的路很长，要上上下下摸索

然而，问题来了。随着医疗技术的发展，也许有一天，我们体内的机器可以修复任何需要修复的器官或组织，而不会影响人的生命或身份。但是，如果这些机器人是由外部控制的，势必会出现很多问题。当科技发展到可以替代人的主要器官时，人还是人吗？

另外，虽然人类对人脑的了解比以前更深了，但还是有很多未知数。智能相对论（微信ID：aixdlun）认为，将脑机接口应用到更大规模，可能是人类历史上最艰巨的挑战。

1、机器学习算法快速准确地分析脑电波信号操纵的复杂性。

脑机接口 (BCI) 使严重残疾的人能够控制轮椅、机械臂和计算机等设备。虽然在提高这些设备的准确性和精确度方面取得了长足的进步，但需要长期而乏味的培训来让用户熟悉这些技术。必须教计算机了解每个用户独特的电活动模式，以便对用户想要执行的电活动进行编码。

这项技术的潜在问题不容忽视。机器学习算法能否快速准确地分析脑电波信号运算过程的复杂性能，保证其准确性？

霍金已经尝试过这种人（脑）机界面，但他对它感到不舒服。原因有二：首先，从使用脸颊肌肉到通过喉部肌肉的收缩进行操纵，有一个重新学习的过程，而霍金还没有适应这种新技能。其次，按照目前的技术，如果电极位置稍有偏移，识别准确率会从94%下降到50%以下。

有时电极会解释并发送到语音合成器“说话”这个词，而不是霍金想要的。所以霍金的轮椅目前还没有正式使用这个系统。

2、侵入性手术的影响有多大？

未来，脑机接口可能有助于提高人类的智力、记忆力和交流能力。虽然这项技术在实践中的前景很诱人，但事实上，将芯片植入人脑的想法足以让大多数人犹豫不决。

神经元也不能独立工作，而且由于轴突和树突数量众多，很难单独刺激一个神经元 - 因为当你尝试时，你会同时搞砸很多事情。当芯片植入大脑的语言中心后，外部的语音合成器就可以在大脑想要说些什么时通过人机指令进行指令。这需要将芯片植入患者大脑的语言中心。如果你想用你的思想来控制运动，你必须在大脑的运动中心植入芯片。

同样重要的是，与心脏起搏器等植入物不同，它是一种非医疗目的对健康人进行的选择性手术。在生物学层面上连接到互联网，我们连接的对象、方式、地点、原因和时间是问题的症结所在。

人随时随地都受到人类生物因素、社会和物质环境因素、心理和行为因素的影响。如果说AI技术获得的有效性证据是99%，那对于1%的患者来说就是100%的痛苦和不幸。

3、高昂的价格让人很难说我爱你。

显然，霍金使用的设备价格可能超出了普通残疾人的承受能力。由于霍金的轮椅是由科技公司赞助的，所以他不需要自己掏钱。因此，一直没有人能够给出“官方价格”。据粗略估计，购买当前版本将花费大约 95 万到 100 万美元。如果以后真的升级到3.0版本，恐怕价格会高很多。

4、相关监管措施能否保证“AI读心后”的安全？

在科技时代，您无时无刻都面临着信息泄露的危险。当技术软件被植入你的大脑来控制你的意识和行为活动时，你的个人信息是否仍然受到保护？未来，当技术高度普及时，每个人都会被迫在出生时植入全脑接口来打击犯罪或不道德行为吗？

即使有相应的法律规定，这部法律真的能保护你的大脑吗？问题的答案跨越了法律、哲学、科技、社会学等领域，而问题本身并没有得到足够的重视。

霍金曾经担心人工智能会威胁到人类的生存，因为超级智能计算机可能不同意人类的目标，反而会攻击创造它们的人类。马斯克还说：“马库斯·奥勒留（罗马帝国的圣人）当国王很好，但如果国王是卡利古拉（罗马帝国早期典型的暴君），情况就不太乐观了。”

总之，笔者认为，要想像霍金直接控制人脑思考机器人那样，实现脑机接口的爆炸式增长，还有很长的路要走。但这并不妨碍我们对它的期待。