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電影“阿凡達”場景已成真？意念操控電腦、電燈將成為現實
圖片來源：攝圖網
這種看似天馬行空的橋段，很有可能在不久的將來成為現實！
近日，國際頂尖學術期刊《科學》旗下的《機器人技術》（Science Robotics）刊登了腦機接口（BCI）領域的一項突破性成果——美國卡內基梅隆大學的賀斌教授帶領其研究團隊與明尼蘇達大學合作，成功開發出第一款非侵入式的意念控制機械臂，能夠連續跟踪隨機運動的計算機光標。
有業內人士認為，這項技術不僅可以幫助眾多癱瘓患者和運動障礙患者提升生活質量，而且由於該項技術不需要在頭上手術植入電極和芯片，而是直接從人的頭皮上獲取神經信號，因此更有可能應用到生活場景，給人類生活帶來顛覆性的體驗。
每日經濟新聞（微信號：nbdnews）記者註意到，賀斌團隊並非首次在這一研究領域嶄露頭角。據僑報網2014年公佈的消息稱，美國國家科學基金會當年3月公開徵集“腦計劃”研究項目，最終決定在600個申請中資助36個項目，其中賀斌教授正是獲得資助的科學家之一。
首個非侵入式意念控制機械臂誕生
想要依靠意念控制外物，離不開腦機接口技術。所謂的腦機接口技術是指腦、機、接口三者的結合，是將大腦的信息通過適當的接口技術進行讀取，並操控外部設備的動作。這些外部設備可以是一個機械臂，可以是虛擬鍵盤，也可以是其他任何想要操控的東西。
儘管腦機接口技術已經運用於醫學，但大多屬於有創的腦機接口，需要通過手術向頭部植入電極來實現腦電信號的獲取。這樣做的好處就是可以直接從大腦皮層獲取信息，可以避免神經信號因為遠距離傳輸而衰減，具有極高的信噪比和良好的分辨率。
然而，賀斌團隊研發的則是一種可與大腦無創連接的腦機接口，也是史上首個非侵入式意念控制的機械臂。
據了解，目前這項技術已經在68名身體健全的人類受試者中進行了測試，已成功實現了普通人對虛擬設備和機器臂的控制。研究人員表示，該團隊計劃在不久的將來進行臨床試驗，未來這項技術也可能像智能手機一樣在大眾中普及，讓每個普通人都能擁有“意念操縱物體”的超能力。
如果無創腦機接口應用到商業或者生活場景，又會產生怎樣的影響呢？據網絡公眾號“財經要參”描述，無創腦機接口無需頭上開洞手術植入電極和芯片，而是直接從人的頭皮上獲取神經信號，戴一頂“電極帽”就可以指揮外物，可以說是隨戴隨取。
試想未來某一天你早上醒來，只要心裡想一想，燈就開了；再默默下個指令，咖啡機就開始自動煮起了咖啡……這種顛覆性的技術，將徹底改變人與機器的交互方式。
全球市場規模將達數千億美元
2014年巴西世界杯開幕式，癱瘓青年利亞諾·平托穿著龐大、笨重的骨骼服，通過腦機接口踢出了當年世界杯的第一球。
國內某電視台綜藝節目《挑戰不可能》上，漸凍人王甲借助清華大學神經工程團隊為其打造的一款無創腦機接口打字系統，通過對視覺神經信號的解碼來完成打字的任務。
與普通人想像中只存在於實驗室中的神秘“黑科技”略有不同，實際上腦機接口技術已經在悄然興起，並有望迸發出巨大的潛力。
2017年，矽谷Live聯合哈佛大學腦科學中心科學家共同打造中美首份腦機接口行業分析長文，腦機接口是一種全新的輸入輸出方式，其應用將橫跨數個行業領域。腦機接口操作系統也極有可能成為繼Windows（電腦操作系統代表）、iOS（手機操作系統代表）、Alexa（語音操作系統代表）之後的又一新型人機交互系統。
該文章指出，單純從腦機接口設備（EEG/EMG）的維度來看，市場規模在5年內將達到25億美元；而從腦機接口將深度影響的數個科技領域來看，市場規模在5年內將達到數千億美元，其中包括ADHD腦機接口反饋治療460億美元；大腦檢測系統120億美元；教育科技2500億美元；遊戲產業1200億美元。
根據研究機構Allied Market Research的研究報告，全球腦機接口市場從2014~2020年的年復合增長率預計達到11.5%。腦機接口在醫療保健、智能家居控制、娛樂和遊戲等領域正得到越來越廣泛的應用。
中國科學院半導體研究所研究員王毅軍錶示，腦機接口是讓大腦和機器直接溝通的一種系統，它可以讓人腦與機器互聯，人機之間的信息傳遞或通訊控制會變得更加方便。“未來可以通過腦機接口實現生物智能與機器智能的融合，即腦機混合智能，使大腦與大腦之間，大腦與計算機之間直接進行信息溝通，信息溝通的效率將大大提高，從而真正實現’心想事成’和’意念控制’。”
有望突破低信號分辨率掣肘
記者通過梳理髮現，人類從上世紀90年代就開始研究如何用意念遠程操控外物，相關的新聞報導也十分多見。對於機械臂而言，舉起重物、抓取物品等行為早已如同探囊取物，但高精度、靈敏的運動規劃依然困難重重。
有專家指出，用非侵入式腦機接口控制的機械臂一直以不穩定、不連續的方式跟隨電腦上光標的移動，看起來就好像屏幕卡頓了一樣，延遲問題非常明顯。
腦機接口主要分為侵入式、部分侵入式和非侵入式三種類型。侵入式需要往大腦裡植入神經芯片、傳感器等外來設備；部分侵入式一般植入到顱腔內、灰質外；而非侵入式通常是通過腦電帽接觸頭皮的方式，間接獲取大腦皮層神經信號。
科技領域公眾號“智東西”在文章中指出，非侵入式腦機接口使用的是外部傳感器，價格相對低廉且更方便人們佩戴，但因為不是直接接觸，它接收到的信號會有更多的噪音，導致它記錄到的信號分辨率和控制精度很難達到侵入式那麼高。
文章指出，2013年，全球非侵入式腦機接口已經佔整個腦機接口市場收入的85%，但並沒有表現出穩定的增長狀態。
王毅軍也認為，儘管前景十分美好，現階段腦機接口技術還存在很多尷尬的問題。侵入式的腦機接口，在大腦中植入電極後，周圍的膠質細胞會逐漸將電極包裹起來，電極監測到的神經元活動會越來越少，幾年甚至幾個月後，電極就完全監測不到神經元活動。
“腦機接口的應用效果也不是很理想。比如通過腦機接口操控的機械臂還很難像真人的肢體一樣靈活。總體來說，腦機接口系統還缺乏安全、高效、成本又低的解決方案。”王毅軍說。
不過，本次《機器人技術》刊載的這項成果卻有望突破以往存在的掣肘，取得關鍵性進展。據賀斌團隊研究人員介紹，這種無創腦機接口技術採用腦電圖記錄大腦深處的信號，並利用腦電圖源成像技術和機器學習技術提高了以往對機器臂的高分辨率控制。
據介紹，相比其他無創的腦機接口技術，在二維平面控制光標移動的傳統任務中，這種新技術的機器學習能力提高了近60%。而在另一個更接近現實使用的情境中，也就是由用戶採用運動想像來連續追逐隨機移動的光標，這個任務的學習成績提高了5倍以上。