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「脑机接口」看似科幻,但其实并不遥远。
9月1日报道
美国东部时间8月26日晚上10点,哈佛创新实验室的华人脑机接口创业企业BrainCo在位于美国波士顿的哈佛大学展示了BrainOS人类大脑智能操作系统的初步成果,这一发布,宣告了人机交互领域进入到了一种里程碑式的新阶段。
过去不到十年间,手机作为人类的新器官似乎已经成为现实,我们迅速习惯了用手机社交、购物,纷争和打发无聊时光。商业层面,移动互联网取代PC互联网这一场价值数万亿美元的“创造性破坏”,已经彻底改变了全球科技公司的力量版图。
下一场这样的迭代将在何时发生?无论是车联网、或者是略有降温的智能音箱,都因为其成为人机交互的新渠道的潜力而备受关注。全球的BIG TECH们纷纷压下重注,而「脑机接口」已经成为科技界被讨论最多,最具潜力的方向之一。
顾名思义,脑机接口指的是在人类大脑与机器(包括智能硬件)、互联网之间建立接口与桥梁,使得脑部的电信号可以直接与计算机电信号互动,从而使得大脑直接与虚拟世界连接,沟通。
这一技术最早于1973年由美国加州大学洛杉矶分校的威达尔教授提出,却因当时计算机发展水平仍较为初级等原因,未能吸引较多关注。进入21世纪,计算机行业的迅速发展,用户对于人机交互更高效率的追求,使得针对脑机接口的研究再次被提上议程。
在手机成为人机交互的主渠道实现的这十年间,脑机接口的颠覆性更是引起了全球性的重视,许多科研团队、互联网巨头都已在这一领域投入大量的资源。
「脑机接口」看似科幻,但其实并不遥远。目前,受关注度高的技术概念,是特斯拉创始人埃隆•马斯克在2019年推出的Neuralink公司及其高带宽脑机接口系统。根据资料显示,该项目声称在一年内就能将芯片植入截瘫病人的大脑,帮助其控制手机或电脑。
马斯克兴奋地发布Neuralink以来,其技术成果引发许多媒体的关注,也让更多人根据科研论文、影像资料等媒介形式了解脑机接口技术。这其中,就有一支视频被许多人观看、分享,以此畅想未来人类通过大脑实现交互的场景。该视频其实来自于一家中国的脑机接口公司 强脑科技(BrainCo)。最近,这家由哈佛大学脑科学中心研究员所组建的创业公司,也正式基于脑控万物的构想,发布了BrainOS脑机接口人类大脑智能操作系统。
中国团队做的脑机接口,和马斯克有什么不同?目前,脑机接口技术可被分为两类。一类是BMI(人脑-机器界面),另一类则是BCI(人脑-计算机界面)。而根据系统与人脑的连接方式,又可被分为有创和无创脑机接口两种类型。像前文提到的Neuralink公司,正是采用了有创脑机接口技术。该技术需要将电路、芯片通过开颅手术等方式植入人脑。
侵入式脑机接口技术
这一技术的优点是能够直接从大脑皮层获取信息,避免神经信号因颅骨阻隔而衰减。缺点也显而易见:开颅手术仍存在风险,且植入的电极在一年后就会被疤痕组织所包围,影响神经信号的传输。因此,有创脑机接口目前仍针对截瘫病人等拥有特殊需求的人群,难以普及。
而BrainOS系统,采用的却是无创的非侵入式混合脑机接口技术。通过佩戴设备,系统可以收集、处理人体的脑电信号(EEG)和肌电信号(EMG)。这种方式对植入者身体不需要造成创口,从伦理上来说更容易被普通大众接受,且维护成本较低。
非侵入式脑机接口技术
BrainOS背后的BrainCo创立于2015年,是哈佛大学创新实验室孵化的第一支华人团队。创始人韩璧丞是哈佛大学脑科学中心博士,他是首位就脑机接口技术接受福布斯专访的华人科学家,曾入选2017年MIT《麻省理工科技评论》「中国35岁以下科技创新35人」。团队经过哈佛大学孵化,并获得中国电子、招商局资本、光大控股、腾讯联合创始人、华登国际、鼎晖投资等机构投资,是近三年非侵入式脑机接口领域规模融资。
和Neuralink不同,BrainCo已经基于无创脑机接口技术推出了可供商用的产品:用于智慧教育的Focus专注力训练设备和用于上肢残疾人士的BrainRobotics智能仿生手。这两款产品中的第一款可以利用脑电波神经反馈训练来提升认知能力,追踪专注力数据、并对其进行量化和提升。这款产品已经在北美许多知名中学、大学实验室(如麻省理工学院媒体实验室)试用,并收到了非常积极的反馈。BrainRobotics智能仿生手,开创了人类意识控制机械手的新时代,在CES(世界消费电子展)上屡获殊荣,更是荣膺2019年美国《时代周刊》年度百大创新并且登上杂志封面。
收集了人脑数据后,我们能用它来做什么?
在2019年中科院的报告中,脑机接口被列为了人工智能的八大核心关键技术之一。但实际上,脑机接口应当是人工智能的下一代技术。原因在于,人工智能技术的目的是让机器更聪明,而脑机接口的终极目标却是对人类的增强,包括了智能机械义肢,神经调控及认知能力增强等多种赋能人类的应用。例如,BrainCo自主研发的“脑机接口+”自闭症脑训练系统,是专门针对自闭症的核心社交障碍设计的精准类数字药物产品,能够直接对脑神经进行训练,显著提升行为干预的效果。该系统目前已经成功落地杭州。
而基于脑机接口的人机交互模式,正是脑机接口领域的重要研究方向之一。
人机物联网曙光初现出于对脑机接口的前瞻理解,BrainCo公司提出了从目前为大众熟知的物联网(IoT),进化到通过人工智能(AI)技术实现与智能设备交互的 AI 物联网(AIoT),最后到通过人脑-机器界面(BMI)技术实现人机物联网(BMIoT)的路径。
BrainCo认为,有了它,人类与智能设备更加直接、直观的交互,让机器除了可以理解人类指令,还能了解人类身体状态。
本次发布会,BrainCo向外界展示了两项预研中的产品,一个是“读心术”——脑波成像技术,该技术可以利用脑电波的模式作为条件通过算法还原人眼所见或大脑中想象的图景。之前要想还原人类大脑中的图像,需要借助核磁共振扫描仪器,通过记录志愿者观看特定图像的大脑反应与神经反应数据库进行比对,通过算法还原来重构志愿者看到的图像。核磁共振技术是脑机接口技术一种实现方式,需要大型仪器配合完成脑部扫描。BrainCo展示的脑波成像技术只通过三个电极采集前额叶脑电波,配合算法可以实现初步实现脑波成像。
这项技术取得进展后,采用便携式脑电检测仪器直接读取人类大脑中图像将成为可能。
隔空打字
本次发布会,BrainCo向外界呈现的第二项技术是隔空打字。BrainCo经过多年的研发,打造了一套成熟的肌电控制系统,这套系统可以采集前臂的手部运动肌肉群EMG信号,处理并精确判定用户的手部运动意图。这套肌电控制系统目前已经应用于BrainCo研发的智能仿生手,已经实现了帮助残障女孩林安露实现了弹钢琴的梦想。本次展示的是智能仿生手操作系统的升级版,可以更精准的识别人体的肌电信号,实现更多精细化隔空操控。
本次发布会BrainOS大脑智能操作系统,是一款以BMIoT作为核心理念研发的系统。这款系统可被分为两部分,一个是应用脑机接口技术,使用户通过系统控制智能家居、车、手机等外部设备;另一个则是对用户状态进行追踪分析,提供干预和建议。
此次BrainOS的概念发布中,BrainCo描述了未来脑控万物的多个应用场景,从家居、出行、工作、运动、娱乐,到认知增强、工业、医疗康复,几乎包含了现代生活的方方面面。
以工作场景为例。根据 BrainCo的设想,通过结合BrainOS系统与各类智能终端,脑机接口技术将能有效地帮助人们提高工作效率,简化各类操作。
当用户在使用手机时,具备脑机接口的设备可以侦测到用户的脑电信号,并将其直接输送给智能终端,避免了用户的额外操作。比如当用户在忙碌工作时接到电话,就可以直接通过「想一想」的方式,用脑控选择接听或挂断电话。更厉害的是,用户甚至可以通过特定手势快速进入文字输入模式,隔空输入信息。
BrainOS对于工作场景的优化并不停留于生产力层面。它也能帮助人们检测精神状态,在日常生活中提示用户压力和焦虑感提升,并建议用户冥想放松。当系统进入休息模式后,BrainOS可以根据用户脑电信号生成相应音乐,引导用户进入放松状态。
在出行领域,BrainOS可以与智能出行设备结合,为出行提供便利的同时,更有效的保证出行安全。当用户进入车库,靠近车门,BrainOS系统检测处于车辆操控状态,就能让用户用大脑控制打开车门、启动汽车、打开车库门。
更重要的是,当用户在路上行驶时遇到紧急情况,设备能够及时感知人躲避危险的意识,比人反应能更快做出刹车和相应规避动作,躲避危险和紧急情况。
从这部分构想中,我们可以看到BrainOS的本质:无创脑机接口设备将成为目前越来越多的智能设备之间的桥梁。BrainOS负责收集、“翻译”人的脑电信号,并将它传递给机器,从而实现“脑控万物”。
因此,这些构想的落地,既需要BrainOS自身的不断研发迭代,也有赖于各领域品牌对于生态链的耕耘。目前这家公司已经拿到或正在申请多项与脑机接口相关的专利,其中就包括了基于脑电数据的汽车控制方法、基于脑波控制的智能轮椅,人体异常状态监控等数十项与概念场景极其吻合的专利。
脑控万物将是未来,这样的技术不会只应用于少数领域,势必将是结合了脑科技、芯片科技和数据科技的跨学科产业,可以预期将在多条技术路线,多种标准生态的博弈中不断前行,但BrainOS在这一领域的前瞻布局,已经使其成为难以忽视的核心玩家。
随着脑机接口技术持续进步,未来将会有越来越多的企业投入到这一跨时代的人机交互实验中,让人类可以想得更快、更远。