随着人工智能的发展，脑机接口也逐渐从科幻走进现实。
有人希望以此造就“超人”，更多的人则希望能够办理实际问题——让盲人复明、让瘫痪在床的患者重新走路、让阿尔兹海默症患者找回曾经的影象……但也有人持有疑惑态度：脑机接口会不会让别人掌握自己的大脑？被人工智能增强了能力的人，还能称之为“人”吗？日前，北京邮电大学教授杨义先、钮心忻完成的科普书《人工智能未来简史：基于脑机接口的超人制造愿景》，对脑机接口的过去、现在和未来进行了全面、客不雅观而系统的梳理。
本期，我们约请两位作者撰文，大略先容一下他们眼中的脑机接口。

脑机接口并不是个新名词

脑机接口便是脑系统（准确地说因此脑为主的神经系统）与机系统（准确地说是人造的体外系统）之间的接口（准确地说是电子信息接口）。

既然是接口，脑机接口的紧张任务有两个：一是输出，即把脑系统的电旗子暗记提取出来，并以此作为掌握旗子暗记或脑电信息，让机系统去做脑系统想让它做的事情（即意念掌握）或理解脑系统的想法（即猜心术或意念通信）；二是输入，即把机系统的指令以电旗子暗记的形式送着迷经系统，让脑系统去做机系统想让它做的事情，或将既有知识或技能“***”给脑系统让它“不学而会”。
在迢遥的将来，人们或许能够通过脑机接口实现意念通信。

总之，脑机接口的最核心思想是：包括大脑在内的神经系统，实在便是像电脑一样的信息系统，神经系统的各部分之间既吸收和通报信息，又接管电旗子暗记的掌握而实行干系命令，以是，脑系统才能与机系统彼此连接。

脑机接口绝非新鲜事物，其历史之悠久可能出乎许多人的猜想。
早在1783年，伽伐尼用不同金属触碰去世田鸡大腿的两端并引起了肌肉紧缩，这实在就在无意间完成了一次脑机接口实验。
该实验不但表明生物机体是“发电机”，还表明电流哪怕只是十分微弱的电流，也可引发神经的剧烈运动。

1818年11月，英国解剖学年夜夫尤尔在格拉斯大学操场上公开演出了一个胆怯实验，展示了电流刺激如何让神经系统产生预期动作。
原来，经由法院特批后，尤尔对一具去世刑犯的尸体进行了通电实验，成功地让该尸体产生了诸如呼吸、抬手、蹬腿、睁眼等动作，还表现出愤怒、恐怖、绝望、痛楚、惊悚和微笑等表情。
尤尔当然不是在虐待尸体或哗众取宠，而是在考试测验把将去世之人救活——实际上，正是通过这次实验，尤尔后来发明了心脏起搏电击法，并沿用至今。

从脑机接口角度看，尤尔首次以事实证明，只要对局部神经系统输入得当的电旗子暗记，人体就会乖乖地实行干系命令。
那么，理论上，只要能通过外力改变干系的电旗子暗记，就可改变运动神经的干系动作，这便是脑机接口可以治疗帕金森症等的理论根本。
若再加推广，任何人都可以很快成为环球第二的钢琴家——只需将排名第一的钢琴家弹钢琴时的手臂运动神经电旗子暗记，原封不动地输入自己手臂上相应的运动神经，双手就会不由自主地弹出幽美曲调。
同时，双手的觉得信息又会反馈给大脑，让大脑逐渐学会如何向手臂发布精确命令。
这就相称于钢琴大师以最精确的重复办法，“手把手”地教人弹钢琴。

脑电波的神奇功能

1902年11月，德国耶拿的一家精神医院里，一位特殊胆大的年夜夫伯格收治了一位病人，他被击中头部，并在颅骨留下一个弹孔。
伤者弹口处的皮肤虽然病愈了，却能被不雅观察到不断跳动。
伯格通过记录头皮跳动的波形，创造了一个惊天秘密：该波形会随着患者的思想而很有规律地变革。
哪怕患者只是在听、看、嗅、触或做其他很眇小的动作，乃至患者的感情颠簸，都会影响波形。

冥思苦想20余年后，伯格年夜夫于1924年在他儿子的头上成功进行了一次脑电检测实验。
他将低廉甜头电流计的正负两极分别接在儿子的额头和后脑勺的头皮上，结果真的记录到了振荡频率大约为10赫兹的神奇电波，如今这种电波称为伯格波。
他不雅观察到，伯格波会随着受试者生理和生理情形的变革而变革，乃至哪怕只是眨眼之类的小动作都会让伯格波发生变革，而正凡人与精神病患者的伯格波也不相同。

后来，科学家们进一步创造，从头皮上不同部位都可以检测到不同频率的电磁波，于是便将这些频率不同的电磁波的搜集，统称为脑电波。

随着研究的深入，人们创造，脑电波具有浩瀚奇妙功能。
比如，脑电波能预测某人的学习潜力，特殊是外语的学习潜力。
原来，如果大脑右侧颞叶和顶叶区域的β波（脑电波中的一种频率为14至30赫兹的子波）很强，那很可能预示着受试者有较强的外语学习能力；另一方面，经由外语演习的成年人，其β波确实会明显增强。

脑电波还能用来“猜心”——当你给一个小孩讲数学题时，怎么知道他是否在存心听呢？当小孩听懂了讲解时，脑电波就会明显生动；如果他对讲解感兴趣，其脑电波会更加生动；当他只是在搪塞，其脑电波就会明显减弱。
乃至，生理学家利用脑电波还能知道受试者到底是在想桌子还是椅子，或者是在想1到7中的哪个数——受试者在冥想不同事物时，他的脑电波是不同的，只要能得到受试者之前相应的脑电波，便可通过大略比拟而准确地猜出受试者的选择。
人们在研究中也创造，对某些分外场景中的句子，许多人会引发出险些相同的脑电波；反之，通过检测这种脑电波是否存在，就能推断出受试者是否正在冥想某个句子。
有人就通过这种方法，对多达240个预定的句子完成了准确度很高的“猜心术”。

脑电波还可用于大略的意念掌握。
人们创造，每个人在冥想单音节字时，所引发的脑电波险些各不相同，而且这种脑电波比较稳定。
于是，掌握玩具车这类大略的意念掌握就比较随意马虎实现：当你冥想前、后、左、右四个字时，脑电波是各不相同的，而且每个字所对应的脑电波还比较稳定，那么只须要利用这四个稳定的脑电波旗子暗记，就能实现让玩具车前、后、左、右行驶。
更一样平常地，若某种操作的命令个数只是有限的N个，那么，只须要经由大略的演习和大略的指令旗子暗记对应，任何人都可以轻松完成意念掌握任务。

反之，适当滋扰脑电波也可以影响受试者。
比如，受试者面对“苹果”两字时，既可能想到喷鼻香甜适口的水果，也可能想到苹果牌电子产品。
如果应时利用一种名叫“经颅刺激”的技能来刺激受试者的美味反应区，那么，就可让受试者更方向于将“苹果”理解为美食，哪怕受试者本来是想买手机。

从抱负照进现实

如今，科学家们已经发明了多种获取脑电波的设备。
已经投入运用的紧张是针对康健人群的、精准性稍差一些的非植入式设备，比如大家常常在电视中见到的电极帽，或更加昂贵的磁共振成像仪等。

近些年来，科学家和工程师们则在开拓用于分外病人的植入式设备上花费了大量精力。
这类设备被称为脑机芯片或干脆简称为脑机接口，它能得到更加精准的脑电信息，也能将外界电旗子暗记更加精准地输入大脑。
实际上，早在1857年，植入式设备就被用于获取兔子和猴子的脑电波。
但由于安全性、伦理性等考虑，一贯没有在人类的临床上取得打破。
但是随着人工智能干系技能和工程技能、材料技能的飞速发展，不少科学家又开始了这类考试测验，例如马斯克即将推出的脑机接口便是植入设备的范例代表。

如今，学术界比较同等地根据掌握信息的精准程度，将脑机接口分为宏不雅观型、中不雅观型和微不雅观型三大类。
个中，宏不雅观型脑机接口传递的信息紧张是脑电波。
此类脑机接口的特点是：事理大略，一说就懂；实现不难，而且已经或正在许多领域中广泛利用；精度不足，既不能实现繁芜而精准的意念掌握，更不是今后意念通信的备选方案。

微不雅观型脑机接口是与宏不雅观型脑机接口相对的另一个极度，它们通报的信息紧张是神经元个体或群体的电特性。
它们将是未来研究的难点和重点，一旦实现，将极大地改变人类的现状，但我们也必须承认，或许在可见的将来，这都还只能是梦想。
我们在《人工智能未来简史》一书中用四句话来描述微不雅观型脑机接口：不是科幻胜似科幻，脑电之妙玄之又玄；人性自足不假外延，格物致知重在内涵。

中不雅观型脑机接口介于宏不雅观型和微不雅观型之间。
与宏不雅观型比较，中不雅观型脑机接口将宏不雅观的体外脑电波更换为颅腔内的“大脑舆图”，即大脑中与物理位置干系的一些电旗子暗记。
多少年来，科学家们经由反复探测，得到了一些电旗子暗记。
比如，刺激某个位置的神经时，受试者会有幸福感；刺激另一个位置，受试者则会在某个指尖上产生触摸感等。
基于这类研究，科学家们不断绘制更详细的“大脑舆图”。
可以想见，只要能足够精准地得到某人某时的“大脑舆图”，便可在一定程度上实时理解受试者的某些觉得；同样，只要节制好电旗子暗记的刺激位置、机遇、电流强度等，便可以让受试者产生相应的觉得，或对肢体发出相应的掌握命令等。

如今，科学家们已经在中不雅观型脑机接口上取得了打破性进展。
比如，让盲人“瞥见”东西。
详细来说，便是让摄像机将图像切割成20×20的400个点阵，并根据每个点阵的亮度，在皮肤的相应点阵位置上产生相应强度的震撼。
于是，经由适当演习后，受试者不用“眼见为实”，就能在头脑中形成明暗不同的点阵图像，从而以黑白图像的办法识别出不同的面孔，知道物体的远近，不雅观察到物体的旋转及形状变革，理解当前的不雅观察角度；乃至还能像凡人那样，通过想象“瞥见”物体被遮挡的部分。

脑机接口展现了无限可能，吸引着科学家们前赴后继，不懈攻关，也将是国际竞争的焦点。
未来，就从本日开始。

《光明日报》（ 2022年07月28日16版）

来源： 光明网-《光明日报》