关于元宇宙下一代入口——脑机接口的实现

内容纲要

提到脑机接口,在绝大多数人的印象中,这是一个存在未来幻想中的“黑科技”,很多人都是从科幻作品中了解到它。随着元宇宙的异军突起,人们对虚拟世界与现实世界的融合与交互有了很大的期待,而脑机接口,也被许多人认为这将是未来进入元宇宙世界的一个十分优秀的入口。

人脑拥有近860亿个神经元,这些神经元控制着人的运动、学习、思考、记忆、语言等全方面的活动。有研究者进行了估算,如果用计算机来完全模拟人脑的功能,那么这台计算机的运算能力至少需要达到172 PFlops,这是一个比当前大部分的超级计算机的性能都还要高的运算力。据了解,美国较为先进的超级计算机 Summit 运算力也才122.3 PFlops。

人脑的强大计算潜力,一直让许多研究者们都十分“眼馋”,关于脑机接口的研究,自然也并非只是存在于幻想中。早在1976年,美国加州大学的雅克·维达尔就提出了关于脑机接口的定义和概念。

脑机接口的实现需要经过信号采集、信息解码、信号输出/执行、信息反馈这四个过程。这几个过程中,最关键的在于信号的采集,使大脑信号传递的信息能够通过机器语言表现出来,而后续的过程,可以说只要信号采集成功,相应的工作就比较容易实现。

经过多年的研究,在信号采集方面,已经有比较完善的技术,其中包括脑电、功能近红外光谱(fNIRS)、功能磁共振成像(fMRI)等电、光、磁多种收集方式。其中,由于脑电的时间分辨率高、设备相对便宜,成为了当今脑机接口中主流的信号采集方式。

在采集脑电信号时,也分为了非侵入式和侵入式两种方案。

非侵入式通过在大脑外部佩戴硬件设备,测量头皮中的脑电信号或者是测量脑电流动而引起的细小磁场变化。以现有的技术来说,非侵入式的信息精度和分辨率比较低,只能收集一些简单的大脑指令。

而侵入式则是植入到大脑灰质或颅腔中,由于更加接近大脑,能够接收到更准确、清晰的神经电信号传递,另外,侵入式的设备还能通过模拟的精准电流刺激大脑,使人能够产生更加真实的特定感觉。由于侵入式存在的一些创伤问题,目前应用仅局限在医疗康复领域。在2021年,美国 Synchron 公司开发的微创脑机接口就获得了美国食品药品监督管理局的人体临床试验批文,并成功应用于临床康复治疗。

如今,随着人们对大脑更深层次的认知以及各种智能算法、信号采集和反馈等技术的进步。脑机接口已经在仿生学、医疗诊断、消费电子等很多领域有了更广泛的应用。有预测分析认为,脑机接口在未来20—30年中,商业化应用逐渐落地,将开启一个千亿美元级的市场。