脑机接口：互联网遥远的疆界

摘要：让聋人重获听力，让盲人重见光明，让瘫痪者重新站起，甚至把人们从小学到博士近20年的求学生涯压缩到一瞬间这些亦幻亦真的场景都与脑机接口（Brain Computer Interface，BCI）这个词关联起来。

让聋人重获听力，让盲人重见光明，让瘫痪者重新站起，甚至把人们从小学到博士近20年的求学生涯压缩到一瞬间……这些亦幻亦真的场景都与脑机接口（Brain Computer Interface，BCI）这个词关联起来。

清华大学科研人员正在通过非植入式脑机接口采集脑电波

互联网之父看好脑机接口

2007年3月，来华访问的互联网之父温顿·瑟夫首次接受中国媒体独家专访（见中国计算机报《温顿·瑟夫：让每位网民心存感激的人》）。本报记者问道：“如今，互联网的边界就是人机界面。但未来随着芯片植入人脑，你认为互联网还会有边界吗?”

瑟夫在肯定了这一问题后说，他的夫人听力完全丧失，十年前在耳部嵌入了人工耳蜗，才得以部分恢复听力。瑟夫希望能够对人工耳蜗进行重新编程，使语音信息经过转化后进入互联网，而来自互联网的信息也可以转换成神经信号脉冲。这样，瑟夫夫人就可以对着电脑热烈地“交谈”。

瑟夫对芯片植入持支持态度。他表示，他本人弥补自己记忆力下降的方式是Google搜索，但他希望有一种可以植入体内的存储芯片，能够让他的记忆力更好一些。瑟夫还兴奋地谈道，未来科技的发展，或许可以通过与互联网相连的方式来修复人的感官功能。

今天，我们可以把PC、上网本以及各种各样联网的消费电子产品视为互联网的边界。几乎可以说，互联网的边界就是这些产品的显示屏、扬声器与麦克风，音、视频是人们与互联网交互的主要途径。

但是，这种人机界面还处于人机分离的状态。也就是说，来自互联网的数字化的信息，必须借助于显示器或者扬声器转化为模拟信号，再通过光波和声波传输，才能被人们的眼睛和耳朵所接收，之后再通过视网膜和鼓膜转化为模拟电信号，通过视神经和听神经传输到大脑。

未来，一旦我们可以将芯片嵌入人体，或者出现其他半嵌入、非嵌入式的解决方案，互联网与人体之间就能形成直接通信，来自互联网的信息不用再借助传统的光学和声学通道，同样可以直接进入人们的神经系统，从而实现真正意义上的人机合一。这就是脑机接口，又称为脑机界面。

脑机接口把互联网与人直接连在一起，因此当前很多人也开始把脑机接口纳入了物联网的边界。

人工耳蜗：脑机接口的雏形

根据维基百科的定义：脑机接口是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间创建的直接连接通路。在该定义中，“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅仅是抽象的“心智”（mind）。“机”意指任何处理或计算设备。

如同物联网迄今没有一个统一的定义一样，类似人工耳蜗这类设备到底算不算脑机接口，业界也还存在分歧。严格意义上说，人工耳蜗属于神经修复领域，而神经修复是指用人造装置来替换原有功能已经消弱的部分神经或感觉器官，其中并没有指明一定要与大脑相连。但是，由于神经修复与脑机接口，采用了相似的实验方法和以外科手术为主的技术手段，特别是两者均是以恢复人的视觉、听觉、运动甚至认知能力为目标的，因此二者常常被混为一谈。至少，我们当前可以把人工耳蜗视为脑机接口的早期探索，因为这样更有助于我们对脑机接口的了解。

根据百度百科听觉条目，听觉的形成过程为：外界声波通过介质传到外耳道，再传到鼓膜。鼓膜振动，通过听小骨传到内耳，刺激耳蜗内的纤毛细胞而产生神经冲动，神经冲动沿着听神经传到大脑皮层的听觉中枢，从而形成听觉。

只要我们反过来看，就不会被这些名词所困扰：大脑通过听神经接收的生物电信号，最初是由耳蜗将声波转化为电信号的，因此可以把耳蜗视为人的声传感器。

与助听器对声信号放大的原理不同，人工耳蜗的工作原理是：声波信号通过麦克风转变为电信号，再经语音处理器滤波后，将有效信号送到发射器，接收器接收到音频信号后，经由电刺激器传输到埋在耳蜗上的电极上，由于电极与听神经末梢相连，最终，音频信号将会传输到大脑听觉中枢。

从人工耳蜗到脑电波

尽管人工耳蜗已经有20多年临床应用的历史，但时至今日，它依旧只能部分地恢复患者的听力，这还是在需要对患者进行训练的前提下，加之费用高达上万美元，人工耳蜗的普及一直受到限制。

除了人工耳蜗外，研究人员还在视觉和运动功能的应用上取得了可喜的进展。获得2003年诺贝尔医学奖提名的Dobelle，在2002年首次将第二代视觉脑机接口应用于临床，盲人患者术后竟然可以在医疗中心周围慢速驾车观光。2005年，Cybernetics公司将脑机接口技术应用于四肢瘫痪的病人，使其能够控制机械臂。

然而，上述应用都是将脑机接口装置植入人体，通过与神经末梢直接连接来传递信息的，难免会引发感染或来自人体免疫系统的排异反应。所以，基于脑电波的非植入式脑机接口成为研究的热点，除了不会造成创口外，这种技术还可以“读取”更多来自大脑的信息。

清华大学生物医学系神经工程实验室走在了前列。据清华大学网站报道，受美国国家科学基金委员会（NSF）等机构的委托，专业评估机构WTEC（世界技术评估中心）在2006～2007年间，对全球主要的脑机接口实验室进行了评估。WTEC认为，高上凯教授领导的神经工程实验室，在全球脑机接口研究中处于领先地位。

另据清华大学网站报道，今年6月，美国IEEE《神经系统与康复工程汇刊》以封面文章的形式，发表了神经工程实验室的最新研究成果，该实验室成功实现了一种准确率达到85%的新型听觉脑机接口。该项成果，将能够帮助与物理学家史蒂芬·霍金一样的神经“渐冻症”患者，通过听觉脑电活动来表达自己的思想并与外界沟通。

脑机接口的挑战

脑机接口当前遇到的最大挑战还是来自技术。在Gartner公司2009年公布的技术成熟度曲线上，脑机接口的成熟应该是十年之后的事情。事实上，人类尚未完全认识自身，更不用说极为复杂的大脑以及思维意识活动。因此，从人机界面（Man Machine Interface）到脑机接口，注定还有漫长的路要走。

人机合一也在带来文化、隐私方面的挑战。在人工耳蜗的应用上，反对声一直没有停歇。出人意料的是，在美国，最大的反对群体却来自聋人社区中自幼失聪的人群，他们认为人工耳蜗影响到了聋人文化。而遥远的未来，更大的挑战则来自隐私方面，人们无法控制脑电波，又不可能总让自己处于对电磁波屏蔽的空间。当设备接收的灵敏度，有朝一日提高到可以在一定距离内接收脑电波，而且传送到互联网上，再通过认知模拟技术去解读脑电波时，其引发的问题将更为严重。

“Kurzweil写了《奇点临近》一书，他相信到了2030年，计算机的心智将超过人类……我对此持怀疑态度，但是万一他要是说对了呢?”瑟夫在回答本报记者“未来互联网的智力是否会超越人类”时如是说。

这位让瑟夫都将信将疑的人，正是美国的一位知名发明家和未来学家。他获奖无数，单是荣誉博士称号就多达17个。他曾经发明了平板扫描仪、OCR、文本语音合成技术，他在1980年出版的《智能机器时代》一书中预言，1998年电脑将战胜棋王。后来只是因为IBM的研发人员太努力，将他的预言提前1年实现。

尽管脑机接口、认知模拟等技术的成熟还遥遥无期，但它们带来的将是全新而巨大的挑战。因此，从现在开始，就应该重视这个问题。

原文链接：http://www2.ciw.com.cn/h/2562/358084-17604.html#pager