脑机接口，让人类融入AI
记得是2020年的一天，我去西安慧脑智能参观学习，戴上他们开发的“头盔”，实现了用意念控制开关窗帘和开关灯。
这是我第一次体验脑机接口的魅力，后来对脑机接口了解得多了，才发现原来脑机接口近年来发展非常迅速，目前的脑机接口不但可以实现简单的设备控制，甚至还可用于医疗领域，为各种类型的患者带来福音。
脑机接口（Brain Computer Interface， BCI），是通过将人类大脑的信号进行数字化转换，然后再进行分析、识别，进而能够理解人类简单思想意图的技术。
最早将人类大脑与计算机联系起来的先驱是美国科学家麦卡洛克（W.McCulloch）和皮茨（W. Pitts）。他们在1943年12月发表了一篇论文《神经活动内在思想的逻辑计算》。
这篇论文直接产生了如今用来解释脑工作机制最常见的比喻：大脑是一台计算机。这一理论在2018年被确认为生物物理学新名词：“McCulloch&Pitts model”。
这个理论模型提出来时计算机技术还在萌芽阶段，所以并未对脑科学开辟一条阳光大道，反而促进了计算机科学的发展，因为人们反过来认为：计算机应该就像人脑一样思考和计算。
沿着这条路径，香农提出了用“与”“或”“非”三种基本运算符来表示基于二进制的计算机工作电路，这引起了冯·诺伊曼的注意，并帮助他厘清了对未来数字计算机的设想。
现如今，计算机科学飞速发展，但人类对于大脑的真正运行机理却没有取得突破性进展。
许多神经科学家越来越相信人的大脑是按照贝叶斯逻辑运行的。
这里有必要解释一下贝叶斯逻辑。一句话概括，所谓贝叶斯逻辑就是“大概率的不完美证明”。比如，你如果某一天早上起床看到太阳是从东方升起来的，你无法肯定地下结论“太阳是从东方升起的”；但如果你每天都看到同样的事实，虽然你不知道为什么，但你仍然可以下结论“太阳是从东方升起的”，而且这个结论大概率是对的。
可见，短期来看要找到大脑的“运行公式”很难，于是研究方向从寻找大脑的“运行公式”转变为先不去理解大脑的运行规则，但想办法读取大脑的“运行结果”然后进行分析、识别，这就是脑机接口要实现的目标。
虽然早在1924年，德国医生汉斯·贝格尔就证明了大脑存在脑电波，但如何干预或理解这个“波”却一直找不到合适的方法。一个多世纪以来，人们尝试用电流刺激大脑，最终取得了不小的进展，发现电流的干预可以改变大脑的运行结果。(https://www.daowen.com)
科学家发现，人类的每一个想法都会在大脑中形成一种特定的脑电波，这个脑电波由无数神经元产生并在大脑内传播。不同的情绪、思想或意念所产生的脑电波都不同，脑机接口的基本原理就是用设备捕捉到这些脑电波后，经过分析识别出真实的“想法”，然后再通过计算机帮助人类去实现这个想法的过程。
不难看出，BCI技术主要分三步来实现。
第一步是信号收集、放大、滤波和A/D转换。收集的方式分为佩戴式和手术式两种。如果是仅用于信号收集目前多数都使用无创伤的佩戴式，但如果想要收集更精准的信号或用于治疗目的则多用手术置入电极到大脑内部。目前，多数公司都采用第一种模式，而埃隆·马斯克创立的Neuralink采取的是第二种方式，我认为那是因为马斯克野心更大，远远不满足于收集信号和控制设备，他设想未来脑机接口的目标是让人类不必使用语言，直接通过大脑电波实现人与人、人与机器之间的交流，甚至可以通过脑机接口直接导出人类的记忆、意识，最终实现人的“意识永生”，当然这个目标实现的前提条件是研究清楚大脑的信息存储结构。
考虑到脑电波经过大脑皮层和骨骼、皮肤后，信号往往很微弱，同时可能还会混杂着许多其他的脑电波（毕竟一个人基本无法在一个时间点集中精力只想一件事），这个时候就需要信号放大、滤波和数字化转换。
第二步是脑电波分析，即通过预置的算法分析脑电波代表的真实“意图”，然后将结果传递给控制器。这里的算法比较复杂，类别也比较多，而且也在不断地进步中，我们就不再一一详细列举了。
第三步是控制器收到指令后执行相应的动作，如机械手动作、控制轮椅，甚至开车等。
据澳大利亚人机工程研究专家Tan Le在《脑机革命》中的描述，2017年就有赛车手佩戴一种脑电波头盔完成了赛车比赛。
其实早在2012年，布朗大学约翰·多诺休研究小组就将电极植入了两位四肢瘫痪者的运动皮层中，他们在手术后可用意念移动一个机械臂。同年，巴西世界杯，身着“机器战甲”的截肢残疾者，凭借脑机接口和机械外骨骼开出了一球。目前，这种技术已经用于外骨骼机器人领域，对于四肢需要康复的患者来说特别有实用意义。
2019年4月，加州大学旧金山分校神经外科学家Edward Chang教授与同事共同开发出一种解码器，可以将人脑神经信号转化为语音，为帮助无法说话的患者实现发声交流完成了有力的概念验证。
《脑机革命》的作者Tan Le还认为，脑机接口技术和AR/VR技术的结合将会在各种领域大显身手。因为若单纯依靠增强现实或虚拟现实设备，每个动作都需要操作者说或做出，这需要相应的体感设备，而且同步的精准度也不高。如果将脑机接口技术结合进来，用户不用说话，也不用做任何动作，只需要通过思维便能自然地遨游在虚拟世界。据她介绍，美国火星学院目前已经使用这两种技术的结合去模拟火星上的生活，从而能够在地球便训练相关人员能够适应火星的生活环境。
被誉为“脑机接口之父”的米格尔·尼科莱利斯认为可将脑机接口划分为两代技术。第一代“脑机接口”，是从大脑电信号中获取信号，并将其传递给控制设备，如机械手臂、电脑程序，甚至可以是虚拟的身体；第二代是“脑—机—脑接口”（BMBI）可以监测大脑活动，检测病理信号，然后把治疗信号传回大脑，扰动正在产生的病理状态，如帕金森氏症或慢性癫痫。尼科莱利斯认为“由内而外的单向控制和内外互通的闭环，就是这两者的主要区别”，或许这也正是脑机接口未来发展一个重要方向。
