AI助力腦機(jī)接口

在很多科幻電影里，都有這樣的場(chǎng)面，人們可以通過腦機(jī)接口，把自己的意識(shí)上傳到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，或者靠意念操縱遠(yuǎn)在幾光年外的身體。

而在現(xiàn)實(shí)生活中，我們也能看到很多關(guān)于腦機(jī)接口的新聞。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)悄然進(jìn)入人們的生活，而腦機(jī)接口技術(shù)能夠突飛猛進(jìn)，背后也離不開AI。

今天，我們就來說一說腦機(jī)接口與AI。

侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口

我們先從腦機(jī)接口本身說起。

按照是否需要在腦內(nèi)植入設(shè)備，腦機(jī)接口技術(shù)可以分成兩類：侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口。

顧名思義，侵入式腦機(jī)接口就是需要在大腦表面或者是大腦的皮質(zhì)里植入設(shè)備。黑客帝國、攻殼機(jī)動(dòng)隊(duì)等影視作品里的腦機(jī)接口，都屬于這一類。

非侵入式腦機(jī)接口不需要在頭顱內(nèi)部植入設(shè)備，只要帶上一個(gè)特殊的“帽子”，就可以接受大腦的信號(hào)。醫(yī)院里的腦電圖，其實(shí)就是一種非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備。

你可能會(huì)覺得，侵入式腦機(jī)接口需要在腦部動(dòng)手術(shù)，聽起來很可怕，能不能都用非侵入式的腦機(jī)接口代替呢？

想搞清楚這一點(diǎn)，我們要從大腦信號(hào)傳遞說起了。

我們的大腦在接收處理視覺、聽覺信息，進(jìn)行思考，向身體其他部位發(fā)布命令的時(shí)候，本質(zhì)上都是神經(jīng)細(xì)胞之間的電信號(hào)活動(dòng)。

絕大多數(shù)腦機(jī)接口設(shè)備也是通過捕捉大腦中的電信號(hào)，從而接受來自大腦的信息的。

非侵入式腦機(jī)接口的接收設(shè)備和大腦之間隔著顱骨和皮膚，信號(hào)分辨率相對(duì)有限，使用起來也比較困難。

比如，上世紀(jì)90年代，有科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，通過非侵入式腦機(jī)接口讓癱瘓的病人用“意念”操縱光標(biāo)。但當(dāng)時(shí)病人需要花大量的時(shí)間學(xué)習(xí)如何發(fā)出對(duì)應(yīng)的腦電波，實(shí)際操作起來效率也比較低。

而侵入式腦機(jī)接口就不一樣了，因?yàn)殡姌O是在顱內(nèi)，沒有皮膚和顱骨的干擾，設(shè)備接收到的信號(hào)更加清晰。在控制機(jī)械手臂、操縱光標(biāo)等方面，侵入式腦機(jī)接口也相對(duì)更好用一些。

比如2024年年初，馬斯克的Neuralink公司為癱瘓的患者植入了腦機(jī)接口設(shè)備，也屬于侵入式腦機(jī)接口。

但很容易想到，侵入式腦機(jī)接口需要進(jìn)行手術(shù)，操作難度和風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大?？茖W(xué)家也希望能用非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備來幫助更多的人。這時(shí)候，AI就可以發(fā)揮作用了。

AI為非侵入式腦機(jī)接口帶來機(jī)會(huì)

我們前面說了，非侵入式腦機(jī)接口的一個(gè)問題是傳感器接收到的信號(hào)會(huì)受到比較多的干擾，用戶在學(xué)習(xí)用腦電波控制外部設(shè)備的時(shí)候也會(huì)碰到困難。

AI恰好可以解決這些問題。

前一集我們提到了AI可以去除科學(xué)數(shù)據(jù)中的噪聲，讓數(shù)據(jù)更接近真實(shí)情況。AI的噪聲去除能力同樣也能用在腦電波數(shù)據(jù)上，這能讓非侵入式設(shè)備捕捉到盡可能精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

而且人類的腦電波數(shù)據(jù)和行為之間也不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，AI的深度學(xué)習(xí)能力也能在分析腦電波數(shù)據(jù)和行為意圖之間提供幫助。

比如，卡耐基梅隆大學(xué)的研究者就通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，讓非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備可以精確解碼腦電波，并且利用解碼數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制外部機(jī)械臂。因?yàn)闊o需手術(shù)，這樣的設(shè)備可能會(huì)更快普及開來，幫到更多的身體障礙人士。

還有，2018年的一項(xiàng)研究，也結(jié)合非侵入式腦機(jī)接口和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來分析腦電圖數(shù)據(jù)，對(duì)帕金森病、抑郁癥、神經(jīng)性疼、神經(jīng)性耳鳴進(jìn)行識(shí)別和監(jiān)測(cè)。

當(dāng)然了，AI同樣可以為侵入式腦機(jī)接口技術(shù)提供幫助。

比如Neuralink公司的腦機(jī)接口設(shè)備包含3000多個(gè)電極，能夠檢測(cè)到大量的神經(jīng)電信號(hào)，但同樣需要通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)來了解這些電信號(hào)背后的意圖。

而在使用者嘗試用神經(jīng)信號(hào)控制機(jī)械臂、光標(biāo)或者其他外部設(shè)備的時(shí)候，AI也能針對(duì)每個(gè)人的特征進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)，讓使用者更加“得心應(yīng)手”。

展望：

腦機(jī)接口是人與機(jī)器交互的最高形態(tài)，人類或許可以用“意念”做到各種各樣的事情。腦機(jī)接口技術(shù)不僅具有廣泛的應(yīng)用前景，還可能徹底改變我們的生活方式，它也成為了未來產(chǎn)業(yè)和新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表。

而AI技術(shù)的進(jìn)步將在“人腦”和“機(jī)器”之間搭建起更加穩(wěn)固的橋梁，幫助腦機(jī)接口更高效地處理數(shù)據(jù)，更精準(zhǔn)地識(shí)別人類意圖，進(jìn)而推動(dòng)這項(xiàng)未來新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

作者：云紀(jì)御 科普創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

審核：秦曾昌 北京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院 副教授

文章由科普中國-創(chuàng)作培育計(jì)劃出品，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源。