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治疗帕金森 、提高专注力 ,脑机接口安全吗 ?能像手机一样普及吗?
2024-05-30       来源 :

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日前 ,有报道称 ,马斯克脑机接口公司透露 ,其脑机接口首试者的植入式芯片出现问题 ,一些接线脱落 ,工作人员已进行了修复 。尽管目前这一问题并未直接威胁到受试者人身安全 ,但脑机接口的安全性问题再次引发关注 。

脑机接口 ,相信许多人对于它的了解 ,是从科幻电影开始的 :一根数据线 ,将欧亿体育的大脑和机器连接 ,凭借意念实现“随心而动” 。究竟什么是脑机接口 ,如何做到的 ?安全吗 ?它将给欧亿体育生活带来哪些改变 ?人机共生会是必然吗 ?

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什么是脑机接口

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在了解脑机接口前 ,先来简单了解下欧亿体育大脑的工作流程 。

人类大脑中约有1000亿个神经元细胞 ,这些神经元细胞通过突触连接在一起 ,组成了复杂的神经网络 。你听到的 、看到的 、感受到的 ,你做什么 、说什么 ,都是通过神经元细胞“放电”来完成的 ,相邻的神经突触把这些加密的神经电信号传递给下一个神经元细胞 ,最终实现看 、说 、听 、思考等目的 。正是神经网络中有这种穿梭往复的电信号 ,欧亿体育才能进行复杂的思维活动 。

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△资料图

而脑机接口,就是让大脑神经信号和外部设备之间 ,直接进行信息交互的一种技术 ,省略了无数的神经元传导 。可以简单理解为 :这是一种大脑与外部设备直接“对话”的一种技术 。一名脑机接口领域研究人员解释称 ,脑机接口一方面是读 ,一方面是写 ,“写相对于读还难一些 。”

“读”的目的是完成解码和控制 。

通过特制的电极 ,脑机接口可以读到大脑中的神经信号 ,如果用图呈现 ,就是许多不停震荡的线 ,就是欧亿体育日常看到的脑电图 。”该研究人员介绍道 ,接下来就需要研究大脑究竟想让你干什么 。在正常的人脑中,欧亿体育的脸 、手 、腿等身体各处的肌肉和骨骼等能认识这种信号 ,作出相应反应 ,而脑机接口 ,捕捉到这种信号后会进行分析处理 ,翻译成机器能明白的指令 ,从而实现脑-机连接 ,这就是解码 。

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△资料图

接下来就是机器帮助实现控制 。翻译好的信号被送到各种设备 ,比如机械手臂 、轮椅等 ,这些设备会随人的心意而动 。

而所谓“写” ,就是把外部信息“写”入大脑 ,对其进行刺激 。“像对中风 、癫痫 、帕金森等神经性疾病的治疗,都是通过写入来完成的 。”

“读和写很好地体现了脑机接口的交互性。”该研究人员如是说 。

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脑-机如何连接 ?

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脑机接口 ,大脑和机器连接方式是关键。

“目前 ,脑机接口主要有三大技术路径 :非侵入式 、侵入式和半侵入式 。”这名脑机接口领域研究人员表示 ,三大路径 ,各有利弊 ,最大区别在于信噪比(接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号的强度的比值)和安全性之间的取舍 。

非侵入式 ,很好理解 ,就是无创的 ,在头皮上就可以做 ,优点很明显 :无感染,几乎没风险 。“但它只能监测到神经信号的整体活动 ,信号差 、不精准 。”该研究人员解释说 ,非侵入式隔着头皮 、头发 、角质层等 ,都会对信号有很大干扰 。“另外 ,隔着头发采集脑电一般情况下还要涂导电膏 ,来增强信号 ,但导电膏几小时就干了 ,信号又会变差 。”

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“侵入式需将电极植入大脑皮层 ,直达神经元细胞群体之中 ,数据量巨大 ,读取的脑电波精准 ,信号好 。”这名研究人员表示 ,由于传递出来的信号量巨大 ,在马斯克公司这次试验之前 ,只能靠有线完成 ,这根线从颅内一直迁到外面 ,长期在非无菌环境下 ,就很容易发生感染 。“马斯克公司这次的植入式脑机接口人体试验 ,已用到了无线 ,无疑是很大的技术进步 。”

“长期来看 ,电极还会因排异反应而慢慢失效——人体的自我保护机制会想办法 ,把这个外来物给挤出去 ,渐渐地 ,类似疤痕组织的东西会把电极包裹起来 ,信号会越来越差直至失效 ,而且无法取出。

被“失效”电极覆盖的神经元对应的功能 ,还能用脑机接口实现吗 ?

“对于此问题 ,马斯克公布的处理方案是针对剩下的信号优化了算法 ,这种处理方法重新实现了预定功能 ,但这不一定是长久之计 。

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既安全信号又好的方法存在吗 ?

“这就是半侵入式要解决的痛点 。”为了方便理解 ,这名脑机接口领域研究人员把大脑结构和鸡蛋结构做了类比 :头骨就是鸡蛋壳 ,鸡蛋壳和鸡蛋清之间的那层薄膜就是脑硬膜 ,而大脑在脑硬膜下面 ,“半侵入式 ,就是把电极放在了脑硬膜外 ,不会引起排异反应 ,可以避开头骨的屏蔽 ,直接获取到比非侵入式更清晰的神经信号 。”

另一方面 ,相较于侵入式 ,由于技术原因 ,半侵入式所需信号量少 ,因此可以通过无线将信号传递出来,大大降低了感染风险 。据悉 ,清华大学团队自主研发的设备选择的就是这条技术路径 。

三种技术路线 ,各有利弊 ,互为补充 。目前 ,欧亿体育国家三种发展路径都在积极推进 。“之前 ,欧亿体育脑机接口领域在国际上处于追赶阶段 ,但经过二十多年发展 ,近些年在某些领域欧亿体育已经追上,甚至赶超了 。”该研究人员如是说 。


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