脑机接口技术的实现及带来的影响
脑机接口技术的实现及带来的影响
摘要：人的神经元之间以来物质传递信息，而芯片同理。如果将大脑和设备连接起来，人类会变得更强吗？在科幻片中就出现过实现脑机接口后的世界，设想在这样的世界下，人类的生活会是怎么样的呢？
关键词：脑机接口、元宇宙、虚拟现实技术
一、脑机接口的来源
随着人类科技水平的提高，科技信息化、智能化已经成为我们生活中不可缺少的一部分。人们能直观看到的与我们生活息息相关的就有许多例子，如家庭清洁从最原始的簸箕和笤帚转化为如今的扫地机器人，清洗餐具也从手动转化为洗碗机相助。华为提出“万物互联”的思想更是便捷了人类的生活，只需要轻轻一点，即使远离住所，也能控制家里的物件和环境。而如今的无人驾驶技术更是打破人类的基本认知，原本只出现在科幻小说中的现象，竟能够在现实中出现。
图1.无人驾驶
面对着这些种种现象，人类不禁想科幻小说中的场景若是都能实现，我们的生活又该多么方便快捷啊！最近爆火的“元宇宙”，引起了无数人的注意，最初这个定义比较认可的思想源头是美国数学家和计算机专家弗诺·文奇教授，在其1981年出版的小说《真名实姓》中，创造性地构思了一个通过脑机接口进入并获得感官体验的虚拟世界。
人类可以在虚拟世界感受到真实生活中的场景，没有违和感，能够体会不同世界设定下的生活。我们可以会武功——“仗剑走天涯”；可以会法术——“芝麻开门”；可以探险丛林、潜入深海。真实的体会到世界的魅力。只需一个意念我们就能改变“现实”；学习知识不再需要通过书本、视频等媒介，也不需要在花费大量的时间，只需直接将知识传输到大脑当中即可。这是1999年上映的经典科幻片《黑客帝国》当中，为我们描绘的画面。相信一定有人疑惑，这如何能做到呢？
这些神奇的场景都是以一种技术为基础的——脑机接口技术（Brain Computer Interface，简称BCI），那么，什么是脑机接口呢？
脑机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道,通过这种通道，人就可以不需要语言或动作，直接通过脑来表达想法或操纵设备。简单理解就是将机器与人类大脑通过一定技术连接起来，从而实现脑与设备的信息交换。其实人类已经在感觉方面实现了一些简单的脑机接口，例如人工耳蜗。它能使听力受损的患者重新听到世界的声音。它是迄今为止最成功、临床应用最普及的脑机接口。
图2.脑机接口
二、如何实现脑机接口技术
众所周知，大脑之间信号传递是通过神经元。脑机接口技术就是通过信号采集设备从大脑皮层采集脑部神经元产生的电信号经过放大、滤波、A/D转换等处理，转换成为可以被计算机识别的信号。然后对信号进行预处理，提取特征信号，再通过这些特征进行模式识别，最后转化为控制外部设备的具体指令，从而实现对外部设备的操作及控制。
一个典型的脑机接口系统主要包括4个组成部分：信号采集部分、信号处理部分、控制设备部分和反馈环节。在信号处理部分包括3个环节：预处理、特征提取、特征分类。这里简单提一下信息采集方面的知识。
结合目前的科研水平，我们可以通过以三个方面来判断采集手段的优劣。
(1) 规模
指能够采集多少的信息，即记录多少信息元。
(2) 分辨率
指接收到的信息的细致程度，这里主要包括两种分辨率：
其一，时间上的（指是否能够确定所记录活动的确切发生时间）
其二，空间上的（指是否能够细致的记录单个神经元触发的情况）
(3) 侵入性
主要指脑外设备与大脑连接交换信息的方式，大致分为三种类型。
非侵入式：需通过附着在头皮上的穿戴设备来对大脑信息进行记录以及解读，无需对大脑进行手术。虽然这避免了直接对大脑的侵入，但是由于颅骨对大脑信号有保护——衰减作用以及对神经元发出的电磁波有分散和模糊效应，因此记录到的信号和分辨率不高，无法精确定位是哪个区域放电。
图3.非侵入式
侵入式：指通过手术等方式将电极直接植入大脑皮层，能够直接接触大脑，得到的信号强度也会更强。但是由于直接对大脑进行手术，由于异物入侵，人体会产生排斥反应。导致信号衰减甚至消退。同时伤口也可能会难以愈合以及炎症反应。
图4.侵入式
半侵入式：在大脑皮层之外将脑机接口植入到颅腔内。主要基于皮层脑电图进行信息的分析。该种方式的信号强度以及分辨率在上述两种之间，是上述方式的平衡后的效果。
图5.半侵入式
三、脑机接口技术的应用前景
该技术的应用前景非常广泛，可以让人们通过思想开控制基于该种接口的智能体。在社会各个方面、各行各业都有广阔的应用前景。
首先，在医疗健康方面应用潜能十分之大。主要分为两个方向，一个是恢复，另一个是强化。恢复指的就是对于身体残疾、中风、癫痫等疾病进行恢复训练，主要是通过神经元反馈训练，帮助病人身体康复，完成健全人能够完成的事情，正常生活。强化主要针对身体健康的人群，实现人体机能进一步强化，通过脑机接口来增强人体记忆力、推动人脑和计算机的连接，脑机接口所提供的实时监测数据能够更好地保证人员安全和工作绩效，同时也为人类工作管理提供了重要的客观依据。
其次在娱乐方面。其实脑机接口技术和虚拟现实技术集合后，无需外部设备如：手柄、键盘、鼠标等，就可以直接通过游戏者的思维来进行游戏，获得更加逼真的游戏体验。如今VR、AR热度极高，如今我们进入元宇宙主要通过VR、AR，而脑机接口技术所能带来的游戏效果更是高于其二，因此脑机接口将成为它们之后的下一代元宇宙入口。
而在生活家居方面，人们可以通过思维来控制电视、电脑、灯等设备的开关，同时可以控制扫地机器人等智能家居机器人的开关。
在军事方面，军人可以通过意念来操作无人机、无人车等机器，从事危险的任务，减少人员伤亡；同时也可以对士兵进行身体上的强化，提上其身体素质和作战能力。
脑机接口可以应用到更广阔的脑机融合领域。作为一种全新的控制和交流方式，它能够打造超强人类，让人脑功能进一步延伸。
四、脑机接口技术实现后带来的影响
随着人们对脑机接口的进一步深入，达到我们的理想状态。在便捷了人类生活的同时，许多方面的问题也随之孕育而生。
(1) 隐私安全
脑机接口技术需要对大脑进行信息采集，我们的大脑意识会被准确的读取，在如今手机号码、身份证号、各种账户的信息都很容易泄露，被他人窃取的状态下，若是有心之人采用某种技术窃取我们的电脑意识信息，我们心底最深处的秘密、隐私将会无所遁形。大脑一直是一个人思想、幻想最自由无拘无束的地方，若是在没有相当强有力的条件下实现该种技术，我们的隐私边界将会被跨越，我们的思想甚至无法随心自由，人权遭到侵犯。
因此，如何保证用户的隐私数据安全，控制哪些数据是可以共享、那些数据是必须隐私保存，这些成为脑机接口技术实现的一个重要必要条件以及应该思考的问题。
(2) 大脑安全
任何数字化工具都有其局限性，例如我们的手机、电脑等设备会在运行的进程数量较多、某些进程发生死锁、信息安全不够高等不理想状况下，造成机器的暂时性卡顿、中毒。如果该情况十分严重，我们可以选择替换手机电脑，买个新的。而脑机接口是通过神经元之间的信号传递工作运行，也是数字化传输，如果也发生了上述情况，我们又该如何处理，换个脑子？
大脑是人类最重要的部位，霍金曾经就由于疾病导致全身只有脑部可以正常工作，即使如此他也顽强着活下去。若是脑部受损，处理不成功的话，对于应用该技术的人来说，是致命的后果。
(3) 过失负责
该项技术也会引起社会面貌的大规模改变，维持社会正常运行的规章制度——法律，也会收到相应的挑战，需要做出一系列的改动。通过脑机接口技术，人们通过意识思维来操控物体、机器，如果一个机械臂的佩戴者伤害了他人，我们如何判断这次伤害是佩戴者的主观意识，还是机械臂的计算发生的故障呢？通过什么来评判过失在哪一方，如果是因为机械臂故障所造成的，那么由应该由谁来负责，是由机械臂的生产方，还是由配戴者或是其他的组织？等等一系列问题。
要想处理好该问题，那么在设计之初就要对信息进行全方面的监控，一旦发生问题能够及时进行记录，并且要保证这种记录的不可修改性，避免有心之人自行修改，逃脱罪责。并且在出厂之前要上传完善的信息资料，便于溯源。一旦发生上述类似情况，就可以以及存储的信息来判断应该由哪方归责。同时要出台相应关于脑机接口相关的法律，让其有法可依。并且要训练使用者规范使用协助机器，减少因操作不当产生的后果。
(4) 公平以及合理性问题
通过该种技术可以实现人体机能的强化，但是我认为该种技术并不能使每一个人都能够强化成功。首先是个人的身体条件决定该种技术是否能够在人体上成功实现，或是实现过后不同人可能会出现不同的反应，例如汽车发明后，一部分人乘车时会产生晕眩感，而一部分人却自在无感。因此强化如果只能在部分的人身上实现，那么是否会造成人与人之间的不平等，假设一个原本瘦弱的人通过强化使得自己变得强壮，而原本健康的人若不能通过强化使得自己变得更好最终弱于原本瘦弱的人，他又会如何想呢？
因此，我们要限制强化的应用对象和强化的度。对于进行高风险工作的人群，我们可以让及对于特定功能强化进而更好处理作业，避免人员伤亡。在强化的强度方面来说，不能一味追求强大，要适度而行。
未来的发展是未知又令人着迷，脑机接口是一个具有巨大潜力的技术，一旦实现，人们的生活面貌将会产生巨大的改变。这个改变有好有坏，事务都是有两面性的。但是相信在社会各领域优秀人才的共同努力下，脑机接口将会让科幻片、科幻小说中人们梦寐以求的幻想成为现实。相信在他们的潜心研究下，这些潜在的危险和问题一定能够得到稳定和平衡，使得尽力满足人们预期的同时也能够规避掉一些风险，从而促进社会和谐，促使人类文明繁荣。
参考文献
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