科幻電影《機械戰(zhàn)警》中，主人公墨菲遭遇事故，只剩下大腦和部分軀干，科學(xué)家為其打造完整的機械骨骼，墨菲通過大腦控制鋼鐵身軀，成為機械戰(zhàn)警。

電影《環(huán)太平洋》中，人類能夠通過腦神經(jīng)連接操作機甲與怪獸搏斗，掀起了一輪機甲狂潮。

人類一直在幻想著有一天大腦能直接控制機械，取代肉體的缺陷。如果現(xiàn)在有人告訴你，這即將成為現(xiàn)實，是不是覺得很瘋狂？事實上，這一天已經(jīng)到來，這種技術(shù)就是本文要講的腦機接口。

什么是腦機接口

腦機接口（brain-computer interface，BCI）通過解碼人類思維活動過程中的腦神經(jīng)活動信息，構(gòu)建大腦與外部世界的直接信息傳輸通路，在神經(jīng)假體、神經(jīng)反饋訓(xùn)練、腦狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

簡單說，就是實現(xiàn)用意念控制機器。這意味著人與機器的主要交互方式，除了手工輸入，以及近幾年興起的人工智能語音交互之外，還可以直接通過大腦向機器發(fā)指令。

目前的腦機接口技術(shù)可以分為兩類，一類是侵入式，比如在大腦中植入芯片，還有一類為非侵入式，比如戴上可以采集腦電波的頭盔或帽子。

2014年巴西世界杯開幕式，一名腰部以下癱瘓的少年，通過BCI控制的機器外骨骼從輪椅上站起來，向前邁出幾步，踢出了世界杯的第一腳球。

目前正在應(yīng)用的腦機接口工具

?功能性磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，F(xiàn)MRI）

規(guī)模：大（能夠顯示整個大腦的信息）

分辨率：空間分辨率為中低，時間分辨率為極低

侵入性：非侵入性

FMRI 不是傳統(tǒng)的腦機接口工具，但它是一種典型的記錄工具——它能告訴你大腦內(nèi)部的情況。

FMRI 能夠掃描整個大腦，生成三維模型。

FMRI 的主要缺點在于分辨率，它掃描生成的圖像確實會有一個分辨率，正如電腦屏幕上會有像素一樣，只不過它的像素是三維立體的——也就是所謂的「體素」（voxel）；

其次是在于時間分辨率。FMRI 所追蹤的血流量并不精確，而且會有大約一秒鐘的延遲。

?腦電圖（Electroencephalography，EEG）

規(guī)模：大

分辨率：空間性分辨率極低，時間分辨率中高

侵入性：非侵入性

腦電圖已經(jīng)擁有接近一個世紀(jì)的歷史，這種技術(shù)就是在腦袋上貼一堆電極：

一種完全非侵入性的腦機接口工具，腦電圖可以記錄下大腦中不同區(qū)域的電流活動，然后生成這樣的結(jié)果：

?皮質(zhì)電圖（Electrocorticography，ECoG）

規(guī)模：大

分辨率：空間分辨率低，時間分辨率高

侵入性：部分侵入性

皮質(zhì)電圖的原理跟腦電圖類似，同樣都會采用電極——只是這種技術(shù)會將電極放在顱骨下面，也就是大腦表面。

雖然有點可怕，但很有效，至少比腦電圖的效果好多了。沒有了顱骨的干擾，皮質(zhì)電圖能夠獲取更高空間分辨率（1 厘米左右）和時間分辨率（5 毫秒）的信息。

?局部場電位（Local Field Potential，LFP）

規(guī)模：小

分辨率：空間分辨率中低，時間分辨率高

侵入性：高侵入性

介入腦部的微電極，直徑在 10 到 30 微米之間。局部場電位領(lǐng)域的一項最新發(fā)展是多電極陣列（multielectrode array），它的原理和局部場電位一樣，只是它會同時在皮質(zhì)的某個區(qū)域同時插上 100 個微電極，如下圖在4毫米x4毫米的小方塊上有100個細小的硅電極，最尖端只有幾微米：

?單細胞記錄（Single-Unit Recording）

規(guī)模：極小

分辨率：極高

侵入性：高侵入性

單細胞記錄也是采用微電極，但是這種電極的尖端會變得異常細小，因此它的電阻也會大大提高。這種方式可以屏蔽掉大多數(shù)的噪音，但也會導(dǎo)致電極幾乎探測不到任何東西——除非在它特別靠近一個神經(jīng)元的時候（也許距離 50 微米），神經(jīng)元發(fā)出的信號強度足以穿過電極的電阻。

由于這種方式可以探測到單個神經(jīng)元的獨特信號，而且沒有背景噪音的干擾，所以現(xiàn)在我們就可以監(jiān)視單個神經(jīng)元的個體活動。這種方式的記錄規(guī)模最小，分辨率最高。

另外還有一種電極可以更近距離地探測神經(jīng)元，它們采用的是一種叫做膜片鉗（patch clamp）的技術(shù)，這種電極的頂端會被移除，剩下一根細小的玻璃吸管（作者注：它的直徑只有人類頭發(fā)的 1/100），它可以將神經(jīng)元細胞膜的一部分吸進玻璃管內(nèi)，從而實現(xiàn)更精確的測量：

最后一種電極會真正刺穿細胞膜，并完全進入神經(jīng)元內(nèi)部，這種方法叫做尖銳電極記錄（sharp electrode recording）。如果電極頂端足夠尖銳就不會破壞神經(jīng)元細胞——因為細胞膜會在電極周圍閉合。

這種方式可以輕易刺激神經(jīng)元，或者記錄神經(jīng)元內(nèi)外的電壓差。但是這種技術(shù)對神經(jīng)元的干預(yù)時間不長——因為被刺穿的神經(jīng)元無法長時間存活。

風(fēng)口上的腦機接口（BCI）

隨著BCI技術(shù)的成熟，眾多“頭號玩家”爭相進入BCI領(lǐng)域：

?Neuralink

你可能知道，“硅谷鋼鐵俠”馬斯克用Tesla推動了電動汽車的迅猛發(fā)展，用SpaceX加快了太空探索的步伐，但你可能還不知道他創(chuàng)辦了腦機接口公司Neuralink來改造人類自身。人工智能時代以降，為了對抗強人工智能不可控的風(fēng)險，馬斯克正努力促進人機融合，將人類自身打造成人工智能，這或許是人類物種能夠延續(xù)的最終路徑。

馬斯克說，“我認(rèn)為，人們不喜歡的一個事實是，自己已經(jīng)成為一個半機械人。與20年甚至10年前相比，人已經(jīng)不是同一種生物，比如，許多人已經(jīng)一刻也離不開手機。我認(rèn)為，人在某種程度上已經(jīng)與手機、筆記本、應(yīng)用等融合在一起。”Neuralink的目標(biāo)是全腦腦機接口，能夠與大腦的任何區(qū)域傳輸神經(jīng)信號，它將成為綜合的“數(shù)字化第三皮層”，人類將成為半機械人

?Facebook

2017年，F(xiàn)acebook在F8開發(fā)者大會上揭曉了神秘的部門Building8，并發(fā)布了黑科技“腦機語音文本界面”，用人話解釋就是：不用動手，更不用說話，腦中所想會直接展示在顯示器上。

發(fā)布會中Facebook展示的一段來自斯坦福的實驗錄像，實驗對象通過腦部植入電極控制計算機光標(biāo)，能實現(xiàn)每分鐘8個英文單詞的輸入速度。

?2018年，中國電子學(xué)會近日公布的《新一代人工智能領(lǐng)域十大最具成長性技術(shù)展望（2018—2019）》里，智能腦機交互赫然在列

BCI研究瓶頸

腦（Brain）：人類對腦科學(xué)探索還處于嬰兒期，如何在腦科學(xué)認(rèn)知限制條件下研發(fā)BCI？

機（Computer）：帶寬瓶頸——如何小兒巧地容納大量信息？

接口（Interface）：如何解決生物相容性問題？人的免疫系統(tǒng)排斥本體之外的”入侵”物體，如何讓BCI融入有機體？

腦機接口（BCI）：倫理問題——試驗階段，如果開顱，可以做大量生物實驗嗎？推廣階段，如果讀心實現(xiàn)，隱私何在？

BCI的未來

那么，問題就來了，什么時候BCI才能進入尋常百姓家？小編無法回答這個問題。

“我認(rèn)為未來8至10年，腦機接口技術(shù)就可以用于普通人。值得指出的是，產(chǎn)品上市銷售時間受到監(jiān)管機構(gòu)批準(zhǔn)，以及各種疾病患者使用效果的影響。”

——馬斯克如是說