腦機(jī)接口，能成為人機(jī)交互的最終形態(tài)嗎?

2014年6月13日，巴西圣保羅，世界杯揭幕戰(zhàn)開球儀式。

28歲的截癱青年朱利亞諾·平托在全球數(shù)十億觀眾的注視下，借助基于腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)的輔助裝置，完成了巴西世界杯的第一次開球。

2014年巴西世界杯開球儀式

與普通人踢球無異，癱瘓少年的這次踢球動(dòng)作同樣由大腦指揮——平托想象自己正在踢球，隨后大腦發(fā)出踢球這一動(dòng)作的指令信號(hào)。

只不過，這段信號(hào)隨即傳入一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)裝置，由計(jì)算機(jī)將大腦發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字指令。300毫秒過后，裝置穩(wěn)定保持著平托身體的平穩(wěn)，并牽引他無法移動(dòng)的下肢將球踢出。

這套裝備由被譽(yù)為“腦機(jī)接口之父”的巴西籍神經(jīng)生物學(xué)家、美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授米格爾·尼科萊利斯設(shè)計(jì)并參與制造。轉(zhuǎn)播鏡頭外隨即傳來解說員的感慨：平托行走的一小步，是腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的一大步。

一年后的2015年，哈佛大學(xué)某座公寓的地下室出現(xiàn)了同樣出現(xiàn)了一位帶著機(jī)械義肢的青年——某次意外的學(xué)校實(shí)驗(yàn)室爆炸事故，讓青年的右臂不幸截肢。哈佛大學(xué)腦科學(xué)中心的博士生、來自中國的韓璧丞是他的同事，當(dāng)時(shí)已帶領(lǐng)一支名為BrainCo的腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)，并在底層技術(shù)上有一定積累。當(dāng)他得知同事這次令人遺憾的事故后，韓璧丞想：能不能用自己專業(yè)領(lǐng)域，給這位截肢的朋友做個(gè)隨心而動(dòng)的機(jī)械手?

于是，一款金屬色的機(jī)械手產(chǎn)品隨后戴在了截肢青年的右臂。盡管功能有限，交互體驗(yàn)也難稱靈敏，但一只由大腦控制的機(jī)械手還是讓他覺得“非?？?rdquo;。

而后，BrainCo也由團(tuán)隊(duì)發(fā)展成一家獨(dú)立研發(fā)的腦機(jī)接口公司。公開資料顯示，BrainCo(浙江強(qiáng)腦科技有限公司，以下稱“強(qiáng)腦科技”)2015年由韓璧丞創(chuàng)立于美國波士頓，并在中國浙江杭州、深圳均有分部，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)為哈佛大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室孵化的第一支中國團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)已成為全球非侵入式(可簡單理解為“不需要進(jìn)行開顱手術(shù)植入設(shè)備”)腦機(jī)接口獨(dú)角獸、腦科學(xué)技術(shù)解決方案的供應(yīng)商。目前全球范圍內(nèi)，融資超2億美金的腦機(jī)接口企業(yè)，一家是馬斯克的Neurallink，另一家便是BrainCo強(qiáng)腦科技。

為巴西世界杯開球儀式設(shè)計(jì)腦機(jī)接口設(shè)備的米格爾教授，后來則成為了強(qiáng)腦科技公司的首席科學(xué)顧問。

“15年那款產(chǎn)品算是量產(chǎn)(機(jī)械手)的雛形，至今已迭代了多個(gè)版本”，談到應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)的機(jī)械手，強(qiáng)腦科技高級(jí)副總裁何熙昱錦向AI藍(lán)媒匯(ID：lanmeih001)透露，目前系列產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，“從現(xiàn)有產(chǎn)品來看，目前能做到5根手指全部精細(xì)動(dòng)作的智能義肢非常少，我們也是全球范圍內(nèi)首家做到量產(chǎn)的腦機(jī)接口公司。”

在強(qiáng)腦科技公司的產(chǎn)品展示區(qū)，面向醫(yī)療康復(fù)機(jī)構(gòu)、慈善機(jī)構(gòu)的客制化腦機(jī)接口終端和面向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的冥想設(shè)備、睡眠儀產(chǎn)品依次排開，腦機(jī)接口早已不是某種渺遠(yuǎn)的技術(shù)幻想。

其實(shí)，沒必要神化這項(xiàng)技術(shù)——它在日常生活中有著充分的應(yīng)用場(chǎng)景。但對(duì)于因外傷或疾患致殘的殘疾人來說，腦機(jī)接口產(chǎn)品的出現(xiàn)讓他們獲得了再次行動(dòng)的能力，體感上多少又帶著點(diǎn)“神奇”。

人機(jī)交互的最終形態(tài)

開高達(dá)，是不少理工男暫未實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。

從影視作品對(duì)高達(dá)，或者說對(duì)大型機(jī)甲控制方式的設(shè)計(jì)中，也能看出人們對(duì)人機(jī)交互的理解，存在一個(gè)進(jìn)化過程。

以《機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士高達(dá)》為代表的早期機(jī)甲駕駛艙，是這樣的——被屏幕、鍵盤、控制搖桿包圍。

到了《環(huán)太平洋》等21世紀(jì)產(chǎn)出的科幻片中，駕駛艙變成了這樣——先將駕駛員的神經(jīng)系統(tǒng)與機(jī)甲同步，靠動(dòng)作和腦電波進(jìn)行控制所有系統(tǒng)。

這種設(shè)計(jì)的好處顯而易見，通過神經(jīng)系統(tǒng)的控制和鏈接，使用者可以達(dá)到物理意義上“心想事成”的效果。

但也不是沒有問題：第一部中，由于機(jī)甲需要兩名駕駛員之間、駕駛員和機(jī)甲之間的信息都保持高度的一致性，導(dǎo)致這幾部分之間時(shí)常出現(xiàn)連接延遲甚至信號(hào)斷連的情況——這也是現(xiàn)實(shí)世界中腦機(jī)接口設(shè)備所面臨的困境，要準(zhǔn)確建立神經(jīng)鏈接并做出相應(yīng)反饋并不容易。

“對(duì)于非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)而言，最困難的部分在于腦電波如何精準(zhǔn)的采集”，強(qiáng)腦科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)解釋了包括原理和材料在內(nèi)的諸多細(xì)節(jié)。事實(shí)上，采集是腦電波分析的第一步。而非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)無法接近大腦內(nèi)部，只能通過頭環(huán)等外設(shè)在大腦皮層前額葉部分采集。”

“所以，為了確保采集的精準(zhǔn)度，我們?cè)谶^去的產(chǎn)品研發(fā)中耗費(fèi)了大量時(shí)間和成本去找例如干電極之類的材料。真的是要花很久的時(shí)間，才能找到一些合適的材料，去替代過去很多不好攜帶甚至不安全的設(shè)備。

材料解決之后，下一個(gè)問題是算法：“人的思維中有一部分常常是混亂的，采集到的腦電波基本都需要‘去噪音’。”

所謂“去噪音”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將其詳細(xì)解釋為“對(duì)信息的特征提取”——把一長串腦電波中有用的波段提取出來，分析、反饋、試驗(yàn)，“整個(gè)鏈路上遇到過不少挑戰(zhàn)。”

以智能仿生手為例，需要讓每根手指動(dòng)起來并區(qū)分哪根手指對(duì)應(yīng)哪根手指，就是一項(xiàng)復(fù)雜的工程。智能頭環(huán)類的產(chǎn)品如何精準(zhǔn)采集腦電，如何利用算法解析腦電，也是如此：“一開始生產(chǎn)出來的東西良品率非常低，后來，得益于在材料和算法上的研發(fā)突破，設(shè)備良品率已經(jīng)有了大幅度提升。”

強(qiáng)腦科技高層坦言，現(xiàn)階段腦機(jī)接口設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的功能并不像大眾在科幻電影中看到的那樣，可能未來一段時(shí)間內(nèi)都很難達(dá)到主流科幻片中的某些效果，“但不管是在國內(nèi)的或是在波士頓的團(tuán)隊(duì)，研發(fā)過程中我們其實(shí)都不太會(huì)受影響，科幻和科研的差距得一點(diǎn)一點(diǎn)補(bǔ)。”

“真正留給我們思考的，是怎么樣去進(jìn)入下一代人機(jī)交互模式。”

研發(fā)團(tuán)隊(duì)談到了由電腦到手機(jī)的演化——埃尼亞克是最早的電腦，那么大的一臺(tái)，占了好幾間屋子(170平方米)。后來人們有了PC、有了手機(jī)，諾基亞出了幾款鍵盤式手機(jī)。再后來，蘋果用iPhone取代了所有按鍵，觸屏智能機(jī)的功能越來越多，手機(jī)向PC、相機(jī)等設(shè)備對(duì)齊。

“人手一臺(tái)手機(jī)之后，手機(jī)本身就已經(jīng)成為了每個(gè)人器官的延伸，甚至可以說是器官本身，現(xiàn)代人類已經(jīng)很難在日常生活中離開它。未來我們的暢想就是‘人人有一臺(tái)腦機(jī)’，也許就能替代手機(jī)——你可以繞過語言障礙實(shí)現(xiàn)快速且‘無損’的對(duì)話，可以像三體人那樣不說話而是用意念交流，這都是腦機(jī)科技未來或許能實(shí)現(xiàn)的方向。”

2023年，我們能用腦機(jī)接口做什么?

米格爾教授曾在2017年的某次采訪中預(yù)測(cè)，十年內(nèi)人們或許能研發(fā)出一種技術(shù)，將機(jī)械、電子或虛擬機(jī)器與大腦相連。這項(xiàng)能夠恢復(fù)行動(dòng)力的技術(shù)，不僅給交通事故和戰(zhàn)爭(zhēng)受害者帶來希望，也會(huì)使?jié)u凍癥、帕金森病和其他運(yùn)動(dòng)障礙患者獲益，例如在伸肘、握拳、行動(dòng)或語言上有障礙的病人。

那么，到今年，這些想法在腦機(jī)接口行業(yè)實(shí)現(xiàn)了多少?應(yīng)用和想象的差距還有多少?

——都不少。

在產(chǎn)品展示區(qū)，AI藍(lán)媒匯體驗(yàn)了一款互動(dòng)版智能仿生手。使用者佩戴臂環(huán)，臂環(huán)讀取使用者“握拳”和“松手”的肌肉電信號(hào)和神經(jīng)電信號(hào)，智能假手將配合完成相同動(dòng)作。

BrainCo強(qiáng)腦科技的智能仿生手

智能假手讀取的是“想法”而非動(dòng)作，對(duì)于某些無法完成手部動(dòng)作的殘障人士，只需在大腦中想象把手打開這一動(dòng)作，智能假手同樣可以配合完成。

佩戴者手部活動(dòng)受限，模擬部分殘障人士無法控制手臂的情況

當(dāng)然，受限于讀取和傳輸速率，這套假手目前所能做的動(dòng)作“和大家的科幻想象還有一定差別，但現(xiàn)階段已經(jīng)能完成不少精細(xì)動(dòng)作，來滿足殘疾朋友生活所需和一些日常愛好。”

據(jù)了解，公司在康復(fù)、大健康領(lǐng)域都有已完成商業(yè)化的項(xiàng)目，大健康領(lǐng)域主要是面向C端、功能為輕度神經(jīng)干預(yù)的產(chǎn)品。公司將其歸為電子消費(fèi)類，如帶有助眠作用的睡眠儀、對(duì)兒童進(jìn)行學(xué)習(xí)專注度檢測(cè)的教育類硬件，或是高壓人群需要的冥想。這其中的部分產(chǎn)品會(huì)有更為專業(yè)的版本，“(專業(yè)設(shè)備)主要面向企業(yè)、機(jī)構(gòu)或是心理咨詢師等相對(duì)復(fù)雜的場(chǎng)景。”

還有些技術(shù)尚未完全成熟的產(chǎn)品，暫時(shí)沒有市售，比如某款用意念隔空打字的設(shè)備：“這項(xiàng)技術(shù)在2021年就已經(jīng)做出來，當(dāng)年產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上也向觀眾做了隔空打字的實(shí)機(jī)演示，屬于人機(jī)交互分支的延伸。”

另外的部分，則更為隱秘和復(fù)雜。

“在別的一些賽道，大家經(jīng)常會(huì)談?wù)撋疃扔脩?、消費(fèi)者，但腦機(jī)接口領(lǐng)域的‘重度’用戶往往很特殊——它針對(duì)的是重癥疾病患者，所以不存在所謂的‘消費(fèi)者’。”

從大腦發(fā)出的信息流中介入、進(jìn)行干預(yù)，更像是一種針對(duì)精神類疾病和神經(jīng)系統(tǒng)的“治療”。

“人的所有行為都靠大腦控制，所以腦機(jī)能干預(yù)的事情理論上非常多”，就目前的研究，以及強(qiáng)腦科技同一些機(jī)構(gòu)的合作項(xiàng)目來看，一些很貼近生活的觀念引導(dǎo)，比如堅(jiān)持減肥、健身之類的事情，未來都有借助腦機(jī)輔助的可能。

“當(dāng)然，我們研究的大方向之一還是涉及神經(jīng)系統(tǒng)的、精神類的疾病，比如抑郁癥、阿爾茲海默……”

考慮到這部分涉及醫(yī)療領(lǐng)域研究的重要性和復(fù)雜性，目前所有項(xiàng)目均處于保密研發(fā)狀態(tài)，臨床試驗(yàn)往往會(huì)跟大型三甲醫(yī)院等開展合作。“從業(yè)者都會(huì)很謹(jǐn)慎，畢竟有些疾病的致病機(jī)理，在醫(yī)學(xué)界都還沒完全研究透徹。”

“我們的理念一直是‘先痛后大’——先解決用戶的痛點(diǎn)，再考慮市場(chǎng)擴(kuò)張。”

強(qiáng)腦科技目前有限的出貨量中，一部分實(shí)際上是帶有公益性質(zhì)的訂單：“有些產(chǎn)品是免費(fèi)或者以極低的價(jià)格與公益機(jī)構(gòu)或政府部門合作，給到有需要的群體。

顯然，這是一片相對(duì)藍(lán)海的行業(yè)，短期內(nèi)由于基礎(chǔ)門檻和使用場(chǎng)景的限制，也不會(huì)有生意場(chǎng)上過于密集的短兵相接。

但理念分歧導(dǎo)致的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上早已開始——區(qū)別于強(qiáng)腦科技堅(jiān)持的“非侵入式腦機(jī)接口”研究，大洋彼岸一位汽車、火箭、社交、AI、腦機(jī)接口賽道都“干啥啥紅”的科技巨頭，始終致力于“侵入式腦機(jī)接口”，也就是需要做手術(shù)以植入設(shè)備的那種。

馬斯克和他的Neurallink，不可避免的被行業(yè)關(guān)注，被從業(yè)者提及。

“這仍是一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)”

兩年前，一支Neurallink公司發(fā)布的腦機(jī)接口短片在油管引發(fā)熱議。

在這個(gè)時(shí)長三分半的片段中，一只安裝了腦機(jī)芯片的獼猴，僅憑意念控制著屏幕上類似貪食蛇和乒乓球的游戲，以獲取作為獎(jiǎng)勵(lì)的冰沙。

短片獲得了超過600萬次的播放，網(wǎng)友驚詫于“心靈感應(yīng)”不僅僅是可行，而且可以做的靈敏且相對(duì)復(fù)雜。但也有不少人提出了樸實(shí)的質(zhì)疑：猴能用，人就能用嗎?

顯然不是——不管是技術(shù)理論還是大眾倫理，都講不通。

問題在于芯片的位置、用不用動(dòng)刀：和強(qiáng)腦科技所做的非侵入式腦機(jī)接口不同，馬斯克的公司始終堅(jiān)持做“侵入式腦機(jī)接口”這一技術(shù)路徑，這只獼猴所用的芯片被安裝在顱骨內(nèi)部，直接接觸大腦皮層，需要通過開顱手術(shù)才能完成裝配。

強(qiáng)腦科技創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持認(rèn)為，非侵入式一定比侵入式更有商業(yè)前景。

“國內(nèi)做腦機(jī)的公司有限，這項(xiàng)技術(shù)國外相對(duì)成熟。在美國，它們已經(jīng)分成兩個(gè)派系，西海岸以斯坦福為代表的侵入式，覺得開顱植入的接口才是真正的腦機(jī)接口;東海岸以哈佛為代表的非侵入派系，覺得非侵入式才是真正在未來能被大眾接受、能夠商業(yè)化落地的一門技術(shù)。”

來自哈佛的韓璧丞沿襲了這種非侵入式的方法，他本人也堅(jiān)信非侵入式的市場(chǎng)一定能夠是侵入式的百倍千倍，“(侵入式的)開顱手術(shù)是個(gè)繞不過去的話題，大部分人不可能沒有這種顧慮，誰會(huì)愿意在頭上開個(gè)洞呢?”

與其像馬斯克那樣研究“如何優(yōu)雅地開顱”，不如在確保沒有創(chuàng)傷的大前提下，想辦法改進(jìn)技術(shù)，讓外置的設(shè)備盡可能達(dá)到安全且有效的水平，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)對(duì)此深信不疑。

采集腦電，最原始辦法是戴導(dǎo)電帽——受制于信號(hào)傳輸問題，患者需要戴著一個(gè)裝滿電極片、涂有大量濕的導(dǎo)電膏的帽子，因?yàn)楫?dāng)時(shí)只有在那種濕的環(huán)境下才能采集。

這個(gè)非侵入式腦機(jī)應(yīng)用的痛點(diǎn)，被韓璧丞帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用固態(tài)凝膠電極(前文提到的干電極)解決：“我們的設(shè)備上有很小的電極片，那個(gè)就是自研的專利干電極。”

經(jīng)大量測(cè)試后，這種便攜性和泛用性極佳的腦機(jī)設(shè)備，信息精確度同樣達(dá)到了約95%的較高水平。

以及，更高的性價(jià)比：“比如智能仿生手這塊，我們一直想成為優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)替代。”

據(jù)了解，兩家歐洲公司在過去一段時(shí)間幾乎壟斷了假肢市場(chǎng)，以機(jī)械義肢為例，一只手大概要賣到50~70萬。暫且不提個(gè)體病患，這對(duì)于大量醫(yī)療機(jī)構(gòu)來說都未必是一個(gè)容易接受的價(jià)格。

“實(shí)在是太貴了，我們的想法就是把價(jià)格壓到他們的1/5甚至更低”。根據(jù)強(qiáng)腦科技公司介紹，目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)做到了將渠道合作模式的產(chǎn)品價(jià)格穩(wěn)定在同類產(chǎn)品的1/5上下，“以一個(gè)合理的價(jià)格讓有需要的殘疾人買得起，可能是我們接下來要做的一些事情。目前還是先解決真實(shí)世界的迫切需求，再考慮更大的市場(chǎng)。”

從業(yè)者不太會(huì)把自己的技術(shù)對(duì)標(biāo)鋼鐵俠之類的科幻電影，但確有一批人正在想辦法，讓技術(shù)慢慢成為傷者和病患的盔甲。

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