融合人腦智能與人工智慧 腦機介面開啟「黑科技」新風口

新華網北京8月23日電（記者 陳聽雨） 2017年3月，矽谷科技風向標埃隆·馬斯克宣布創辦Neuralink公司，計劃在4年內開發出首個用於治療腦部疾病的腦-機介面產品，未來將開發高生物相容性的植入神經介面，實現人工智慧植入人腦，取代人類的自然語言交流，實現顛覆性的智能人機介面技術。

4月，Facebook創始人兼首席執行官馬克·扎克伯格曝出了其秘密B8計劃中開展的腦-機介面研究，預期在18個月內研製出可每分鐘輸入100個字的腦控拼寫器原型系統，最終力圖實現意識控制一切。

當很多人對人工智慧還懵懵懂懂時，一個被認為是人工智慧下一個風口的「黑科技」——腦-機介面（Brain-Computer Interface, BCI）已悄然來臨。

怎樣讀懂「腦語」？怎樣打通大腦與機器之間的聯結？人類能用意念控制一切嗎？是否有一天可以將智慧直接植入大腦？帶著這些問題，新華網科技頻道記者獨家專訪了天津大學醫學工程與轉化醫學研究院院長、天津神經工程國際聯合研究中心主任明東教授，聽他講述「三磅宇宙」與人工智慧之間的神秘通道。

明東

人工智慧支撐與推動神經工程學發展

近年來，人工智慧的概念火熱得發燙。而神奇的人類大腦，被稱為「三磅宇宙」，蘊含著巨大的複雜性與豐富的未解之謎。人工智慧與人類大腦有什麼關聯？如何實現它們之間的交互？

明東介紹，神經工程學的最終目標，就是通過神經系統和人造設備間的信息交互與功能整合，來修復和增強人體效能，即通過搭建人腦智能與機器智能的信息橋樑，實現人-機智能的高度融合。

人工智慧作為一門新興的信息科學技術，對神經工程的發展起到了重要支撐與推動作用，幫助解決神經工程研究中遇到的諸多難題，從高維度空間解析人類大腦的工作原理。

「比如，通過神經成像獲取的大腦結構和功能成像數據，可藉助人工智慧技術進行深度學習與特徵分析，揭示人類視覺、語音處理、圖像識別、語言交流等其它技術難以發現的規律和現象。」他介紹。

與此同時，神經工程技術的新發現、新成果又能及時應用於人工智慧理論的研究和技術的開發、有力推動其新發展，二者相輔相成。

他舉例稱，「通過神經工程技術，查明人類大腦運行機制，能夠對開發新的人工智慧技術提供研發思路，設計出人工神經網路等仿腦計算軟硬體。」

腦-機介面為大腦開闢全新通道

2014年巴西世界盃足球大賽上，28歲的截癱青年朱利亞諾·平托憑藉身穿的「機械戰甲」為世界盃開球，電視解說員激動地稱：「平托行走的一小步，成為腦-機介面技術發展的一大步。」

目前，醫學研究已發現超過500種神經系統疾病，這些疾病給患者及其家庭帶來很大負擔。給神經疾病患者來福音的正是腦-機介面這項「黑科技」。

腦-機介面是什麼？怎樣打通人腦智能與機器智能之間的聯結，人類能夠通過意念控制身邊的事物嗎？

明東介紹，腦-機介面是神經工程領域領先發展、重點研發的前沿熱點。通過解碼大腦活動信號獲取思維信息，實現人腦與外界直接交流，能為殘疾人提供不依賴外周神經和肌骨系統的人機交互技術，幫助殘疾病人恢復正常生活、重建其對生活和康復的信心。

明東（右二）

「腦控智能輪椅、腦控打字機、腦控機械外骨骼、腦控智能假肢……這些神奇的功能都是以腦-機介面為核心的。神經疾病患者的康復原來是一座難以翻越的高山，而腦-機介面則為這征服這座高山打通了一條光明的通道。」明東說。

據他介紹，2014年和2015年由天津大學神經工程團隊研製的兩款「神工」系列人工神經康復機器人系統可為腦中風患者提供新型的腦-機-體主動交互康復訓練技術，目前已通過國家葯監局（CFDA）檢測，在天津、山東等多地三甲醫院臨床試用成功，受益患者超數千例。

那麼，大腦究竟是如何通過腦-機介面技術與人工智慧建立聯繫、實現互動的呢？

明東介紹，腦-機介面為大腦提供了全新的、無需依賴常規外周神經與肌肉系統的對外交流通道，大腦思維活動提供了可檢測的反映心理或行為特徵的神經電生理信號，可經頭皮電極、皮層表面電極或皮層內部植入式等多種感測器拾取。通過解碼這些特徵腦電信號，腦-機介面獲得大腦思維意圖信息，再由工程技術手段將其轉換成可用於控制外部設備工作的指令信號，從而實現無需常規外周神經與肌肉系統參與、按大腦思維意圖照辦的對外信息交流與互動。

「腦-機介面技術的出現與發展，不僅為殘障人士帶來了全新的功能康復希望，也為健康人士開拓了前所未有的人機交互新天地。」明東表示。

例如，這項技術在航空航天等領域有巨大的應用價值，能為航天員等特殊人群提供肢體約束環境下的「第三隻手」和神經功能層面融合的自適應自動化人機協作，幫助他們完成更多更複雜的工作任務。「2016年，在天宮二號與神州十一號載人飛行任務中，天津大學神經工程團隊與航天員訓練中心合作開展了世界首次在軌腦-機交互實驗，即是為對實現這一目標的成功嘗試。」明東介紹。

腦機「智能」將融合發展

在腦-機介面技術研發與應用的早期，主要面向殘疾人群。近十幾年來，這項技術快速拓展其應用領域，已在眾多領域顯示出廣闊的應用前景。

得力於國家大力支持，在腦-機介面方面的研究發展勢頭良好，速度迅猛，取得了長足的進步，顯示出不俗研究潛力。明東說，「總體上看，的腦-機介面技術已與國際保持同步發展，部分領域甚至處於國際領先地位。」

他指出，從近中期和長遠發展兩個方面來看，下一步，腦-機介面未來近中期將主要圍繞解決現有技術瓶頸和提高解碼信息維度兩個方向發展，而長遠發展趨勢則是從目前腦-機單向「介面」進化為雙向「交互」並最終「智能」融合。

現有腦-機介面技術主要是單向解讀大腦信息，難以顧及其將來必須建立起人腦智能與人工智慧、生物智能與機器智能之間有機交互融合的最終目標。因此，最重要的長遠發展趨勢將是從目前腦→機單向「介面」進化為腦↔機雙向「交互」，最終實現腦機完全「智能」融合，從而發展出更先進的人工智慧技術，並組建由人腦與人腦及與智能機器之間交互連接構成的新型生物人工智慧網路，這將徹底改變現有人類與智能機器之間的關係，為人類創造出前所未有的智能信息時代新生活。

此外他認為，未來，伴隨虛擬現實、機械外骨骼、經顱電磁刺激等外部設備技術的發展為腦-機介面提供了更多可能，將腦-機介面技術植入到人們日常隨身攜帶的智能手機、可穿戴設備內是必然的發展趨勢。「可以預見，未來腦-機介面將像滑鼠、鍵盤一樣非常普遍地應用於各種需要人機交互的場合。」明東表示。

「21世紀是腦科學的時代，世界主要科技強國均啟動了目標宏大的『腦計劃』，腦-機介面技術將伴隨腦科學的發展而成長壯大，未來它將成為新一代的顛覆性信息技術，成為融合人腦智能和人工智慧不可分割與替代的堅固橋樑。」明東說。