在2014年的巴西世界杯的開幕式上，年僅14歲的巴西高位截癱少年，身披“機(jī)械戰(zhàn)甲”，開出了這一全球盛宴的第一腳球，數(shù)十億人為之歡呼。

(注：圖片來自網(wǎng)絡(luò)公開數(shù)據(jù))

　　這一腳開球不僅開啟了整個(gè)巴西世界杯，更開啟了人類的新時(shí)代，或許我們將由此走向一個(gè)“人機(jī)融合”的新未來。

　　而開啟這個(gè)新未來的的人就是“機(jī)械戰(zhàn)甲”之父米格爾·尼科萊利斯(Miguel Nicolelis)，他同時(shí)還是美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教授、法國科學(xué)院院士、巴西科學(xué)院院士、《腦機(jī)穿越》的作者。

　　他是《自然》、《科學(xué)》等國際一流學(xué)術(shù)期刊的常客，2004年被美國科普雜志《科學(xué)美國人》評為全球最具影響力的20位科學(xué)家之一，其研究被《麻省理工科技評論》評為10大最具突破性的科技創(chuàng)新之一。

　　在6月15日，尼科萊利斯出席大連軟交會（第十五屆中國國際軟件和信息服務(wù)交易會），并帶來“腦機(jī)接口，人機(jī)交互的未來”的演講。通過他的演講和會后專訪，筆者了解到尼科萊利斯腦機(jī)交互的實(shí)驗(yàn)由來、具體用途、進(jìn)展以及實(shí)現(xiàn)原理等深度信息。

　　一、腦機(jī)接口與“機(jī)甲”少年

　　或許在2014年的世界杯，高位截癱的巴西少年開出的第一腳球，開始讓“機(jī)械戰(zhàn)甲”、腦機(jī)接口這樣的概念廣為人知。

　　那么什么使腦機(jī)接口呢？尼科萊利斯如此解釋道，只需要用腦來想一想，就可以用機(jī)器來實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的行動(dòng)和任務(wù)。具體來說，我們的腦電波來發(fā)出信號，把這些信號和機(jī)器結(jié)合起來，就能夠控制我們?nèi)藶樵O(shè)計(jì)出來工具的活動(dòng)。而該接口可以實(shí)現(xiàn)大腦與相關(guān)設(shè)備迅速、高效的連接，無論距離遠(yuǎn)近，也無論這些機(jī)器的大小，即使像航空飛船一樣大。

　　想象一下，在一個(gè)不需要說話。不需要?jiǎng)幼鞯氖澜?，我們只需想象就可以控制一切。我們能夠用想象控制我們的電腦、所有的數(shù)字設(shè)備；我們只需想象我們在開車，車就可以自動(dòng)行駛了；我們甚至可以通過腦聯(lián)網(wǎng)，通過想象和其他人進(jìn)行交互協(xié)助。Just thinking ! 而這些已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

　　正如巴西世界杯開球少年，他身披“的機(jī)械戰(zhàn)甲”，就是一套被稱之為“外骨骼”(exoskeleton)的機(jī)甲設(shè)備。在足球場上，由癱瘓少年的大腦發(fā)出行動(dòng)信號，經(jīng)由無線傳輸?shù)奖嘲鼉?nèi)一臺筆記本大小的計(jì)算裝置中，這臺計(jì)算機(jī)將大腦信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的行動(dòng)指令，讓外骨骼先穩(wěn)住少年的身體，然后誘導(dǎo)機(jī)械腿在草坪上進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)少年發(fā)現(xiàn)腳和足球接近時(shí)，想象著用腳去踢它，瞬間腦信號就會命令外骨骼上的機(jī)械腿將球踢出。并且這個(gè)機(jī)器里有一定的壓力傳感功能，當(dāng)他的腳踩在地上的時(shí)候就會有一定的壓力信號傳出，病人就能感覺到草坪的存在。

　　腦機(jī)對接技術(shù)可以幫助癱瘓病人重新獲得運(yùn)用能力，也可以用來控制各種設(shè)備，甚至通過人與人之間的腦連接實(shí)現(xiàn)意念溝通！并且未來的應(yīng)用領(lǐng)域還將更多元，而這一切都源自尼科萊利斯10多年前在猴子身上的實(shí)驗(yàn)。

　　此外，早在1984年，尼科萊利斯便正式邁向這條研究道路，當(dāng)時(shí)他撰寫了有關(guān)肌肉控制中樞神經(jīng)連接的博士論文，并在2002年就產(chǎn)生了研制腦控外骨骼的想法。

　　二、一只猴子引發(fā)的故事

　　尼科萊利斯曾在猴子身上做過實(shí)驗(yàn)，猴子可以用自己的大腦信號來控制一個(gè)機(jī)器。具體而言，猴子可以用操縱桿來玩電腦游戲，首先它用控制桿來控制光標(biāo)，這個(gè)光標(biāo)是它的目的，它通過光標(biāo)來協(xié)調(diào)自己大腦的功能和想實(shí)現(xiàn)的游戲目標(biāo)。它慢慢越來越熟悉這個(gè)過程，尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)就控制猴子的腦電波波活動(dòng)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字命令，然后將其傳輸給一個(gè)機(jī)器人。當(dāng)猴子和機(jī)器人可以一起協(xié)調(diào)的時(shí)候，它就不需要用手操縱控制桿，而是直接通過腦部活動(dòng)就可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器來玩游戲，這就實(shí)現(xiàn)了腦機(jī)對接。

　　即只需要靠我想玩這個(gè)游戲，只需要?jiǎng)觿?dòng)腦，而不需要?jiǎng)觿e的任何部位。這是尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)第一次發(fā)現(xiàn)腦機(jī)對接可以實(shí)現(xiàn)的效果。

　　而這張圖就是尼科萊利斯說的，猴子正在使用大腦活動(dòng)，通過無線傳輸和無線對接，來控制開車過程。而它只需要想象車是怎么開的。尼科萊利斯讓猴子在右側(cè)三個(gè)位置中的一個(gè)位置，讓它想象一下把車開到紅色所在的位置，然后它會走出三個(gè)不同的路線，而它根本不需要?jiǎng)?，只需要現(xiàn)象發(fā)生三個(gè)不同軌跡的行動(dòng)，這完全是通過無線腦機(jī)對接來實(shí)現(xiàn)的。

　　后來尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)意識到這些科技發(fā)展有廣泛應(yīng)用空間，尤其在醫(yī)學(xué)方面。比如說一些病人已經(jīng)失去的運(yùn)動(dòng)能力，尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)就可以利用皮層神經(jīng)假體幫助他恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。我們的大腦同樣可以釋放腦電波和信號，這些信號可以通過機(jī)器的方式和電流傳輸?shù)奖緛硪呀?jīng)失去運(yùn)動(dòng)功能的肢體。尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)可以記錄大腦的腦電波，把這些信號通過腦機(jī)對接傳遞給機(jī)甲，而失去運(yùn)動(dòng)的人只需要穿上這種機(jī)甲裝備，相當(dāng)于人體外圍有一個(gè)外骨骼，需要認(rèn)作的就是動(dòng)腦，通過外骨骼實(shí)現(xiàn)運(yùn)用功能。

　　三、腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)價(jià)值巨大

　　尼科萊利斯講述到，現(xiàn)在他們的合作者來自世界上五大洲的二十多個(gè)國家，世界各地都有其合作的實(shí)驗(yàn)室，比如巴西、美國和歐洲。他們能夠制造這樣的“機(jī)械戰(zhàn)甲”，能夠讓高位截癱的病人重新站起來行走，通過大腦控制機(jī)器，來實(shí)現(xiàn)人類的活動(dòng)。

　　2014年巴西世界杯，高位截癱的14歲小男孩正是憑借著“機(jī)械戰(zhàn)甲”，驅(qū)動(dòng)著外骨骼重新獲得了行走。而這只是重獲行動(dòng)的一個(gè)例子。后來尼科萊利斯又選擇了八個(gè)殘疾或癱瘓的病例，對他們進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。這些病例首先要接收VR培訓(xùn)，在VR中他們會有一個(gè)外骨骼結(jié)構(gòu)，他們只需要想象，與外骨骼結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。他們和機(jī)器人之間也在學(xué)習(xí)如何互動(dòng)，在互動(dòng)中實(shí)現(xiàn)對接。

　　其中一位病人已經(jīng)癱瘓6年，這6年之間他都是坐在輪椅上。當(dāng)他戴上一個(gè)頭盔開始使用外部骨骼時(shí)，他的想象以及他的大腦活動(dòng)都可以通過傳感器傳輸給外骨骼。尼科萊利斯團(tuán)隊(duì)的設(shè)備首先閱讀和識別了他的腦部活動(dòng)，然后傳輸信號，最終他可以重新行走了。并且在行走時(shí)，他可以接收來自地板的信息，他能感知到地板是什么樣的。尼科萊利斯接著講到：“這對病人十分重要，如果他們只會動(dòng)而沒有信息接收的話會變得害怕，所以我們這種對接病人可以感知到踏在地板的感覺?！倍@正式腦機(jī)接口的發(fā)展，讓病人重新獲得行走。

　　尼科萊利斯接著講到，病人開始學(xué)習(xí)和適應(yīng)這套系統(tǒng)后，多年癱瘓甚至是完全癱瘓的病人可以通過幾個(gè)月的時(shí)間恢復(fù)了一些運(yùn)動(dòng)功能，而這些功能是因?yàn)橹暗募顾枋軅鴵p傷的。上面這位癱瘓病人，使用外骨骼接收了一年的訓(xùn)練后，他的右腿就能夠動(dòng)了，再經(jīng)過一年訓(xùn)練以后他又能夠使用左腿了。就這樣這位病人重新獲得了利用自己大腦控制自己身體的能力，尼科萊利斯稱之為“這在神經(jīng)科學(xué)或者是醫(yī)學(xué)界數(shù)百萬的脊椎癱瘓病人里是前所未有的”。

　　而現(xiàn)在有二十九個(gè)病人使用同樣的外骨骼，借助這個(gè)技術(shù)重新來行走。這就是人機(jī)交互的巨大潛力，能夠改變?nèi)藗兊拿\(yùn)。

　　四、意念傳輸——多人腦聯(lián)網(wǎng)

　　這種人機(jī)交互不只能在一個(gè)大腦中發(fā)揮作用，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)大腦的協(xié)作，即腦聯(lián)網(wǎng)。接著尼科萊利斯講述了其在杜克大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里多個(gè)猴子大腦同時(shí)協(xié)作的案例。在虛擬3D環(huán)境中， 有XYZ三個(gè)坐標(biāo)，一個(gè)猴子操作X軸，一個(gè)猴子操作Y軸，另外一個(gè)猴子操作球，為了讓虛擬手臂運(yùn)動(dòng)，三只猴子大腦聯(lián)動(dòng)時(shí)才能控制好。并且它們做到了，它們能同時(shí)三個(gè)大腦連作。

　　正如上圖，一個(gè)猴子控制X軸，另一個(gè)猴子控制Y軸，用電腦把兩個(gè)猴子接收到的信號融合成超大腦，用這個(gè)超大腦來控制虛擬手臂。并且沒有哪只猴子知道其他猴子的存在，它們對于這種合作是不知情的，即使這樣，它們的大腦也能在不知情的情況下達(dá)成合作。

　　尼科萊利斯將這個(gè)設(shè)想應(yīng)用于人類患者的大腦網(wǎng)絡(luò)，通過多人協(xié)作的方式幫助患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)。他指出，一個(gè)癱瘓或者截肢病人一開始在VR中進(jìn)行訓(xùn)練是最困難的，因?yàn)樗鼈兒芫脹]有使用大腦運(yùn)動(dòng)的型號了。所以尼科萊利斯讓病人和健康的人一起進(jìn)入虛擬世界，來玩虛擬游戲，幫助病人重新使用大腦里的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞。

　　如上圖，可以看到健康人和病人兩個(gè)人協(xié)作的訓(xùn)練過程，患者能夠在虛擬環(huán)境里成功的動(dòng)用自己的外骨骼。并且治療師在某一個(gè)國家或者某一個(gè)城市可以通過網(wǎng)上訓(xùn)練成百上千個(gè)世界各地的病人，而不需要把這些病人和醫(yī)生放到一個(gè)本地醫(yī)院。這些訓(xùn)練師只需要同步自己大腦活動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)上，使得數(shù)以萬計(jì)的病人能夠在網(wǎng)上接受這種腦電波的訓(xùn)練，而不需要支付昂貴的醫(yī)療費(fèi)用、硬件費(fèi)用。

　　此外，尼科萊利斯還談到，這種技術(shù)已經(jīng)到了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)完成的階段了，可以進(jìn)行應(yīng)用了，并且不僅可以應(yīng)用于病人，也可以應(yīng)用健康人，來提升生活質(zhì)量。

　　五、跨界融合是腦機(jī)互動(dòng)的未來

　　演講結(jié)束后，尼科萊利斯接見了媒體的采訪。當(dāng)談及他做這項(xiàng)科研的初衷時(shí)，尼科萊利斯表示他是為了探究大腦的運(yùn)作，后來發(fā)現(xiàn)可以醫(yī)治癱瘓的人，因此就變得更有動(dòng)力。

　　3月底曾報(bào)道過馬斯克曾在去年7月創(chuàng)辦了醫(yī)學(xué)研究公司Neuralink，旨在將人工智能直接植入人類大腦皮層，從而提高人類智能，但這種方式的安全性也受到極大的質(zhì)疑。智東西就尼科萊利斯針對這一問題進(jìn)行提問，他指出最初的動(dòng)物研究確實(shí)是將芯片植入大腦皮層進(jìn)行研究，但并沒有將這一方式應(yīng)用于人類，而是通過一個(gè)傳感器帽子實(shí)現(xiàn)的。

　　而在問及腦機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的原理時(shí)，尼科萊利斯談到，它是物理驅(qū)動(dòng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，是電腦、神經(jīng)、機(jī)械三方面的合作達(dá)成的，單靠機(jī)械或是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是無法實(shí)現(xiàn)的。而這種腦機(jī)接口最核心的問題是如何和大腦進(jìn)行對話，如何控制。并談到腦機(jī)交互是腦神經(jīng)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和生物材料相融合才能達(dá)到的一個(gè)效果。

　　此外，尼科萊利斯還就腦機(jī)交互給出了更多元的應(yīng)用。他指出，其一我們可以通過大腦與家居設(shè)備、電子設(shè)備的連接，從而實(shí)現(xiàn)直接用大腦控制這些設(shè)備；其二我們可以通過大腦遠(yuǎn)程控制機(jī)器去做一些危險(xiǎn)場景的探測活動(dòng)；其三還可以通過腦連接，從而在一個(gè)工作環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)人們直接通過大腦直接溝通，高效協(xié)作。

　　結(jié)語

　　凱文·凱利在其20年前的《失控》中，就提出人類的未來是“人造和天生的聯(lián)姻”，即將人類與機(jī)器相結(jié)合的“半機(jī)械人”，來賦予人類更大的生存空間。而此次尼科萊利斯的腦機(jī)接口與“機(jī)械戰(zhàn)甲”則告訴我們，這樣一個(gè)時(shí)代或許已悄然來臨。

　　但人類腦聯(lián)網(wǎng)仍將面臨很大的安全問題。試想一些現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上層出不窮的黑客攻擊和電腦病毒，若人類腦聯(lián)網(wǎng)，那么直接通過大腦傳輸病毒，又是否意味著人類災(zāi)難的來臨呢？當(dāng)然，現(xiàn)在討論這個(gè)問題未免有些杞人憂天。