顛覆性生物技術——打造基於腦聯網的智能化未來作戰平台

顛覆性生物技術——

打造基於腦聯網的智能化未來作戰平台

軍事醫學科學院衛生勤務與醫學情報研究所 李鵬

本文介紹了各個國家腦科學研究概況，探討了未來戰爭對腦科學研究的軍事需求，分析了世界各國腦科學研究部署情況，對當前腦科學研究的主要技術進展進行了研究，暢想了基於腦聯網的智能化未來作戰平台的構成要素及運行模式。

一、未來戰爭對腦科學研究的軍事需求

未來戰爭，或者說基於人工智慧高度發達的戰爭，戰場環境複雜多變、作戰強度幾何倍增、作戰樣式梯次疊加。而戰場數據信息則呈現出多維、巨量、無序等數理特性，同時還兼具分裂生長、催化發酵、遺傳變異等生化特性。戰場數據這些複雜多變的特性，一定會迷失軍事指揮人員的思維判斷，干擾軍事指揮人員的決策部署，消減軍事指揮人員的認知能力。某種程度上說，甚至會控制軍事指揮人員的意識行為，使之喪失最佳的決策時間、最正確的決策指令，甚至會誘導指揮人員發出錯誤的決策指令，從而進入敵人設計的層層圈套。

未來戰爭戰場環境和數據信息的這些特性，以及可能導致的軍事指揮人員的認知能力發生變化的種種可能，要求作戰指揮中樞機構能排除認知干擾，迅速、準確的對戰前信息進行捕獲、識別、分析、決策和反饋，而這些指令和決策的執行者最終是軍事指揮人員，因此，如何在戰場環境複雜、作戰強度極高的條件下提升軍事指揮員的認知和決策能力，是未來戰爭的必修課。

除了對作戰指揮中樞系統產生的影響，腦科學及認知神經科學還可能推動軍事領域的其他變革。例如，可以催生出基於腦控和控腦技術的武器系統，也就是美軍提出的打造阿凡達式的人腦遠程控制系統，實現作戰零傷亡。還有就是加劇心理戰，未來有可能研製出能讀提取人的認知和思想的技術，從而可以了解和掌握敵方人員的心理狀態，並適時發動心理戰，從精神意志上給敵方致命一擊。實現認知精神類藥物武器化也是腦科學研究的重要領域之一，未來有可能研發出針對中樞神經系統，影響情感、記憶、行為的新型特異性藥物，極易破壞血腦屏障，迅速發揮失能甚至致死效果，當然，這也涉及到戰爭倫理的問題。創傷后應激障礙（PTSD）和創傷後腦損傷（TBI）也是現代戰爭導致的普遍傷情，腦外傷仍是戰場急救的難點，這些都給軍人造成嚴重的精神心理問題，而神經影像學、神經精神治療藥物等腦科學各領域的發展，無疑會為創傷后應激障礙（PTSD）和創傷後腦損傷（TBI）的診斷、治療和預防將產生革命性的影響。此外，腦科學研究還對軍事作業能力的提升有巨大的推動作用，可以解決睡眠障礙、降低腦疲勞、緩解心理壓力、延長有效作戰時間等等。

二、世界各國腦科學研究部署

正是基於以上對未來戰爭發展的訴求和展望，腦科學研究應運而生，腦科學研究是認知神經科學的重要方向，具有極強的軍事特色，也是各個國家搶抓戰略制高點的著力推手，對於推動和部署控腦權和腦控權具有重大現實意義。

2011年，科維理基金會、艾倫腦科學研究所和蓋茨基金會共同贊助的學術研討會中研究人員提議追蹤人類大腦的功能連接活動，並形成了一份白皮書，這是現代腦科學研究計劃的萌芽。2012年，美軍提出未來「大腦戰」的理論，擬制「制腦權」作戰方案，並著力開發研製腦控感知假肢、搭建視覺智能應用平台。2013年1月，歐盟委員會宣布人腦工程入選「未來新興旗艦技術」。2013年4月，美國總統歐巴馬宣布啟動「腦科學研究計劃」（BRAIN），探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖。2014年9月，日本啟動全名為Brain/MINDS的腦研究計劃。此外，英國、德國、韓國、印度也都部署了各自的腦科學研究計劃。可喜的是，2014年2月，科學院啟動腦科學卓越創新中心，標誌著國家層面進軍人腦工程領域，也拉開腦科學研究的大幕。

面對腦科學這一人類科學的巔峰巨作，發達國家顯然已經迫不及待，目的是搶佔腦科學研究的制高點。各個國家政府部門也期望通過腦科學研究，加深對腦神經元的理解，加深對人類感知、行為和意識的認識，這些研究都有可能有助於對阿爾茨海默症、帕金森病、癲癇和創傷性腦損傷等重大疾病的診治，並最終找到一系列神經疾病的新療法。此外，腦科學研究還有望為人工智慧領域的發展鋪平道路，正是出於這一點考慮，腦計劃被認為是可與「人類基因組計劃」相媲美的重大科研戰略計劃。

三、腦科學研究主要技術進展

腦科學研究涉及神經科學、認知科學、控制科學、醫學、計算機科學和心理學等多個學科，是一個新興的、多學科交叉的前沿研究方向。而腦機介面是腦科學研究當前的熱點領域，腦機介面是指在人或動物的大腦與外部設備間建立直接連接通路，能夠不依賴於神經和肌肉，實現大腦與外界聯繫，它是大腦和外部環境之間的一種直接信息交流和控制通道，通過這個通道，可以將大腦活動的信息直接提取出來，並由此實現對外部設備的控制。2013年2月，美國杜克大學在美國本土和巴西兩地進行了基於大鼠的「腦腦介面」實驗。2013年6月，美國明尼蘇達大學研製出可以用意念控制的遠程遙控飛行器。

腦控飛行器

2013年11月，杜克大學成功完成猴子學習只用腦電波控制虛擬手臂運動，推動雙向腦控設備開發。2014年2月，美國哈佛大學醫學院首次在猴子身上實現了「阿凡達」式異體操控。

異體操控示意圖

2014年4月，NIH與北卡羅來納大學醫學院合作，找到一種通過控制實驗動物大腦神經迴路、較準確操控其行為的方式，這一成果是美國腦計劃啟動以來第一個重要成就。2014年5月，DARPA資助的神經控制假肢手臂——「盧克臂」獲得美國FDA認證。

DEKA 手臂系統

2014年8月，IBM公司模仿人腦結構和信息處理方式研製出新一代神經形態計算機晶元「真北」（TrueNorth），使人類向步入認知計算機時代邁出了重要一步，顛覆從雲計算到超級計算機等一切目前已知的計算科學。

「真北」神經形態晶元

2014年9月，浙江大學的研究團隊首次在實現了用人腦意念控制機械手完成較為複雜的肢體運動。2015年11月，杜克大學和斯坦福大學發明出可感知認知神經的感測器系統。

2016年1月，由DEKA公司協助約翰霍普金斯大學研發的通過大腦意念控制的仿生機械手臂在取得FDA認證后正式銷售。

約翰霍普金斯大學研發的通過大腦意念控制的仿生機械手臂

2016年5月，約翰霍普金斯大學進行了基於腦機介面的飛行模擬控制試驗研究，試驗所用的腦機介面系統包含了可植入到設定目標運動皮層中的2組96個微電子陣列，研究結果有助於揭示腦機介面系統在飛行模擬器環境中能否靈活的控制飛機。

腦控飛行控制系統界面

此外，其他技術研究還包括制定了腦掃描頭盔方案，繪製了魚腦活動圖譜，研發了開啟或關閉神經元的新型藥物，開了幹細胞遺傳學、寨卡病毒和人類進化的裝配線系統，合成了一次性測序上萬個大腦細胞的基因等。

四、暢想基於腦聯網的智能化未來作戰平台

構成腦聯網的基本要素要也就是「腦」。腦是最核心也是最根本的要素，不提腦的因素，也就失去了腦聯網最根本的智慧屬性。不同於「互聯網」和「物聯網」，腦聯網搭建的是高度智能化的平台，平台系統中腦功能的發揮是基於最優解來設計的，腦潛能的挖掘是基於最大期望值的，平台系統中所有的活動都是圍繞腦的主觀能動性來部署和推進。更為重要的是，「腦聯網」中的「腦」還應該具有自我保護功能、能力再生功能、主動學習功能、模擬演化功能、指揮控制功能等，這也是腦聯網區別於其他網路最根本的特點，體現了腦聯網的高端智慧屬性。

基於腦聯網的智能化作戰平台能實現戰場條件下多崗位多角色高效、聯動、智能決策，最大程度的發揮腦的主觀能動性，使作戰指揮人員的潛能發揮到極致。智能化作戰平台可將作戰指揮、後勤保障、裝備信息等要素集成於平台系統，達到戰場數據信息共享，各種角色的指揮人員藉助腦功能輔助決策模塊，增強和提升腦認知能力從而對海量數據進行綜合分析與研判，尋找對本部門決策有用數據。

運用腦機裝備建立指揮員與戰場單元、戰場單兵之間一對一的數據通道，使戰場數據能實時、快速的反饋給指揮決策員，減少中間環節造成的數據失真，實現作戰指揮的實時快速。作戰指揮人員可通過腦功能偵查模塊，全覆蓋掃描和讀取我方作戰人員認知和心理狀況，適時給予精神心理治療。並通過掃取敵方人員的認知和心理狀況，適時發起心理戰。

總之，指揮人員可通過腦機輔助模塊實時掌握敵我雙方作戰人員心理狀態、戰場環境、作戰進程、裝備數據、單兵健康等信息，從而提升決策指揮的精準性。因此，打造出基於腦聯網的智能化作戰平台將成為未來作戰指揮系統重點建設領域。