“阿凡达”场景成真？意念操控电脑、电灯将成为现实

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看过电影《阿凡达》的观众可能还记得电影中的情节:在潘多拉星球上，瘫痪的演员躺在一个密封的小屋里，用他头上戴的设备控制着人工混血生物《阿凡达》。

这座看似强大的空大桥很有可能在不久的将来成为现实！

最近，国际领先的学术期刊《科学机器人学》(science robotics)在脑-机接口(bci)领域发表了一项突破。卡内基梅隆大学的何斌教授带领他的研究团队与明尼苏达大学合作，成功开发出第一个无创性的精神控制机械臂，能够连续跟踪计算机光标的随机移动。

一些业内人士认为，这项技术不仅可以帮助许多瘫痪患者和运动障碍患者提高生活质量，还可以直接从人的头皮获取神经信号，而不是在他们的头上植入电极和芯片，因此更有可能应用于生活场景，给人类生活带来颠覆性的体验。

《国家商报》记者注意到，何斌的团队并不是第一次在这一研究领域表现突出。根据海外华人新闻网2014年发布的消息，美国国家科学基金会于当年3月公开征集脑计划研究项目，最终决定资助600个申请中的36个项目，何斌教授是资助科学家之一。

第一个无创精神控制机器人手臂的诞生依赖于精神控制外来物体，这与脑-机接口技术是分不开的。所谓脑机接口技术是指大脑、计算机和接口的结合，通过适当的接口技术读取大脑的信息，控制外部设备的动作。这些外部设备可以是机械臂、虚拟键盘或任何你想操纵的东西。

虽然脑-机接口技术已经在医学中得到应用，但大部分都属于侵入式脑-机接口，需要通过手术将电极植入头部来获取脑电信号。这样做的优点是可以直接从大脑皮层获取信息，避免了远距离传输造成的神经信号衰减，具有很高的信噪比和良好的分辨率。

然而，何斌的团队开发的是一个可以与大脑无创连接的脑-机接口，这也是历史上第一个无创精神控制机器人手臂。

据了解，该技术已在68名健康人体受试者中进行了测试，并成功实现了普通人对虚拟设备和机械臂的控制。研究人员表示，该团队计划在不久的将来进行临床试验，这项技术可能会像未来的智能手机一样在公众中普及，这样每个普通人都可以拥有用大脑操纵物体的超级能力。

如果非侵入式脑机接口应用于商业或生活场景，会有什么影响？根据互联网公开号财务参考的描述，无创脑机接口不需要通过在头部开一个洞来植入电极和芯片，而是直接从人的头皮获取神经信号，并且可以通过戴上电极帽来指挥异物，可以说是边戴边取。

想象一下，在未来的某一天，你早上醒来，只要你在心里想一想，灯就会打开；默默给出指令后，咖啡机将开始自动煮咖啡，这是一项颠覆性的技术，将彻底改变人们与机器互动的方式。

2014年国际足联世界杯开幕式的全球市场将达到数千亿美元。瘫痪的年轻人莲娜·卢平托穿着巨大笨重的骨制衣服，通过脑-机接口踢出了世界杯的第一个进球。

在国内一家电视台的综艺节目《挑战不可能》中，冻僵了的王佳(音译)借助清华大学神经工程团队开发的无创脑机接口打字系统，通过解码视觉神经信号完成了打字任务。

这与普通人想象中只存在于实验室的神秘黑色技术略有不同。事实上，脑-机接口技术已经悄然出现，并有望产生巨大的潜力。

2017年，居住在硅谷的科学家和哈佛大学脑科学中心的科学家共同撰写了第一篇关于中美脑-机接口产业分析的长篇文章。脑机接口是一种全新的输入输出模式，其应用将跨越多个行业。脑机接口操作系统也有可能成为继windows(计算机操作系统的代表)、ios(手机操作系统的代表)和alexa(语音操作系统的代表)之后的又一个新的人机交互系统。

文章指出，从脑电图/肌电图的角度来看，5年内市场规模将达到25亿美元。从脑-机接口将深刻影响的几个科技领域来看，市场规模将在五年内达到数千亿美元，其中包括adhd脑-机接口反馈治疗460亿美元；大脑检测系统是120亿美元；教育技术是2500亿美元；游戏产业1200亿美元。

根据联合市场研究公司的研究报告，2014年至2020年，全球脑机接口市场的复合年增长率预计将达到11.5%。脑-机接口(BCI)正广泛应用于医疗保健、智能家居控制、娱乐和游戏。

中国科学院半导体研究所的研究员王怡君说，脑-机接口是一个允许大脑和机器直接通信的系统。它可以把大脑和机器连接起来，人和机器之间的信息传输或通讯控制将变得更加方便。未来，生物智能和机器智能的融合可以通过脑-机接口实现，即脑-机混合智能，使信息交流可以直接在大脑之间和大脑与计算机之间进行，信息交流的效率将大大提高，从而真正达到预期的目标和精神控制。

有望突破低信号分辨率的限制。通过梳理，记者发现，人类在20世纪90年代就开始用意念研究如何遥控外国物体，相关的新闻报道也非常普遍。对于机械臂来说，举起重物和抓取物体长期以来就像探测物体一样，但是高精度和灵敏的运动规划仍然是困难的。

有专家指出，无创脑机接口控制的机械臂一直以不稳定、不连续的方式跟随电脑上光标的移动，看起来像是屏幕被卡住了，延时问题非常明显。

脑-机接口主要分为三种类型:侵入式、部分侵入式和非侵入式。侵入性需要将神经芯片、传感器和其他外部设备植入大脑；部分侵入性植入通常在颅腔和灰质外进行。然而，非侵入性的，通常通过接触头皮和脑电图帽间接获得大脑皮层的神经信号。

科技领域人士在文章中指出，无创脑机接口使用外部传感器，相对便宜，更方便人们佩戴。然而，因为它不是直接接触的，所以它接收的信号会有更多的噪声，这使得它记录的信号的分辨率和控制精度很难像入侵信号那样高。

文章指出，2013年，全球无创BCI占BCI市场总收入的85%，但并未呈现稳定增长。

王怡君还认为，尽管前景非常光明，但目前脑-机接口技术仍存在许多令人尴尬的问题。侵入性脑-机接口，电极植入大脑后，周围的神经胶质细胞将逐渐包裹住电极，由电极监测的神经元活动将变得越来越少。几年甚至几个月后，电极将完全无法监测神经元的活动。

脑机接口的应用效果不理想。例如，由脑-机接口控制的机器人手臂很难像人类的肢体一样灵活。总的来说，脑机接口系统仍然缺乏一个安全、高效、低成本的解决方案。王怡君说。

然而，这项发表在《机器人学》上的成就有望突破过去存在的限制，取得重大进展。据何斌团队的研究人员称，这种无创脑机接口技术利用脑电图记录大脑深处的信号，并利用脑电源成像技术和机器学习技术来改进以前对机器人手臂的高分辨率控制。

据报道，与其他无创脑机接口技术相比，这种新技术在二维平面控制光标移动的传统任务中，机器学习能力提高了近60%。在另一种更接近现实的情况下，即用户使用运动想象来连续追踪随机移动的光标，该任务的学习成绩提高了5倍以上。