脑机接口系统的功能和特点

本篇文章给大家谈谈《脑机接口系统的功能和特点》对应的知识点，希望对各位有所帮助。

本文目录一览：

• 1、什么是脑机接口？
• 2、脑机接口是什么？大脑也能开外挂吗？
• 3、未来已来？“脑机接口”或从科幻走进现实？

什么是脑机接口？

脑机接口

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脑机接口模式

脑机接口是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立直接的交流和控制的通道。近年来,随着神经科学、信息科学、材料科学等领域的快速发展,衍生出了一种新型的高科技技术——脑机接口(Brain Computer Interface, BCI)。通过BCI技术能够在生物大脑与外部机械设备之间建立起一条直接的信息交流通道,从而实现了脑与外部环境的直接交互。

中文名脑机接口缩写BCI 英文名Brain Computer Interfaces

目录编辑

1脑机接口的定义

2脑机接口的研究分类

3脑机接口的发展

4参考文献

1脑机接口的定义编辑

脑机接口技术（Brain Computer Interface，BCI）形成于 20 世纪 70 年代，是一门涉及神经学科、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术，它通过非自然的方法沟通大脑和外界环境，为它们提供了双向信息传输通道。外界信息能从仿生传感器输入到神经系统，神经信号也可以用于控制外部电子机械装置。该项技术可以修复、改善甚至扩展神经系统原有功能，提供一种崭新的信息交互模式，如上图所示。1999年6月第一届国际脑机接口会议首次给出BCI明确的定义:“脑机接口是一个在大脑和外界(计算机或者其他设备及外部环境)之间传递信息的通讯系统,该系统的特点是不依赖于外围神经系统和肌肉组成的大脑正常输入输出通道来传递信息”[1]。

2脑机接口的研究分类编辑

根据脑机接口中的生物大脑与外部机械设备的信息传递方向的不同,可以将脑机接口的研究划分为两个方向:第一个方向是通过电极采集生物大脑中的神经信号,并对神经信号采取放大、约简、降维等操作,然后结合生物本身的运动行为数据对神经信号进行分析,解码生物的运动意图,继而将解码的结果转换成外部机械设备的控制指令,完成控制功能[2]，即“脑-机”方向。另一个方向是反向的信息传递过程,即指通过生物体的外周神经系统,将外部设备的数据信号转换成电刺激、光刺激等不同方式的刺激手段直接作用于大脑皮层,诱发相关脑功能区细胞的神经元发放,从而使生物体产生特定的感受或者诱发其特定的行为,即“机-脑”方向。

3脑机接口的发展编辑

随着神经生物学、临床医学、材料科学和计算机科学等的发展，脑机接口技术为神经系统和周围环境的信息通讯提供了一个崭新的交互界面，并广泛应用于神经科学，医学康复和军事等领域[3]。

BCI 应用的最初定位是医疗康复，通过 BCI 系统为高度瘫痪或者行动不便的病人提供一个新的交流、控制手段。病人可以通过 BCI 系统在计算机上进行打字，或者控制轮椅行动，甚至控制假肢帮助移动和抓取。当一个机器人前进过程中遇到障碍时，需要设计程序控制机器人跨过或跳过。而对于植入电极的动物，遇到沟时本能地会跃过它。在掌握动物大脑原理的基础上，利用生物本身所具有的智能，结合人为的输入控制，相比较于机器人，从成本和技术上都更具有优势[4]。

上世纪 90 年代末以来，全球 BCI 研究团队数量增长迅猛，从 1995 年的不到 6 个，迅速发展到目前的数以百计。2002 年美国国防部国防预先研究计划局投入巨资，在全美 6 个实验室中开展“意念控制机器”的研究工作，进一步推动了全球 BCI 的研究热潮。诸多标志性研究成果在《Nature》和《Science》上先后发表，预示着 BCI 的研究进入了实质性阶段[5]。

近年来，随着医学技术和材料科学的进步，植入式电极在脑机接口技术中的研究取得了突破性的进展。当前BCI的研究热点包括：

1. BCI 系统的自适应性，更好的自适应性能够提高系统的准确率、稳定性；

2. 系统的实用性，像打字机这样的应用系统能够改进到投入实际应用；

3. 系统的通用性，不同的用户拥有不同的头皮脑电信号，可行的方案是对应不同的用户调整参数从而优化系统性能；

4. 系统的应用领域，有些研究人员通过 EEG 信号来研究大脑的工作原理，也有应用于特殊场合的，如研究司机驾驶时候的头皮脑电信号。

脑机接口是什么？大脑也能开外挂吗？

脑机接口是什么？大脑也能开外挂吗？下面就我们来针对这个问题进行一番探讨，希望这些内容能够帮到有需要的朋友们。

脑机接口技术，又被称为脑机结合认知技术，是一种以电子计算机、电级、处理芯片等外界设备机器设备替代神经系统、肌肉组织等基本中介公司来完成大脑与外部信息互动的新式通讯操纵技术。在过去的几十年里，脑机接口技术持续取得提升，有关科研成果向外部展现了很高的使用使用价值。

脑机接口在恢复诊疗、服务机器人、可佩戴测算和人机交互技术等方面有着关键的研究意义和极大的使用发展潜力。市场调研组织ValuatesReports汇报预估，全世界脑机接口市场容量2027年有希望做到38.5亿美金。

2020年8月，SpaceX和特斯拉等企业创办人埃隆·马斯克给自己集团旗下的脑机接口企业Neuralink举办了一场新品发布会，用三只小猪展现了全新一代脑机接口技术和设备——一枚硬币尺寸、可嵌入大脑的处理芯片，及其一台可进行全自动嵌入处理器的手术治疗机器设备。伴随着将来认知科学技术的快速发展和机器设备的微型化，脑机接口的运用将更为普遍。

脑机接口技术是聚集人体科学、认知科学、信息科学合理、管理科学、生物技术专业、专业规范、医学工程等两门综合知识，将分子生物学实际意义上的大脑与人工的智能产品系统软件融为一体，以即时认知和翻泽观念，完成电脑与人类零距离信息互换的一种技术方式。

脑机接口技术往往成为很有可能，是由于大脑遍布着许多的神经细胞，这种神经细胞可以根据神经递质专业接受和传送细微的有机化学信息并相互影响，产生大脑主题活动。而大脑头发带有水份，是绝缘体，可以置放电级导出来脑内电磁波，这就为监管、精确测量、获取、纪录、展现、编解码、剖析大脑主题活动电磁波造就了标准。脑机接口技术的运作全过程涉及收集脑内电磁波信息、编解码剖析信息、即时输出信息、接受信息并发送命令、向大脑意见反馈实行情况等五个流程。

科技人员先运用电级和微处理芯片等机器设备从大脑收集脑波数据信号，再应用数据信号生产加工技术将原有的脑波数据信号开展编解码剖析并转换为数据指令，根据电子计算机等设施将相对应的数据指令展现或输出，随后根据监测机器设备获取、接受数据指令并向总体目标物传出命令，总体目标物接到命令后快速实行并将有关实行状况意见反馈到大脑，再次产生大脑的运动性意向。

风险问题是脑机接口技术发展趋势历程中无法忽视的至关重要的问题。现阶段脑机接口技术的风险问题主要包含人类人身安全风险、私人信息安全性风险、主体性和义务所属风险，及其社会公平风险等问题。

入侵式或半侵入式脑机接口必须在头部开展处理芯片等硬件配置嵌入，会毁坏头部的自然物理学防御系统，还有可能造成人的大脑的手术治疗外伤、流血、感柒等问题。从技术安全性视角看来，必须处理脑机接口系统软件嵌入身体很有可能产生的身心健康风险，例如嵌入产生的结构损害、排异、感柒、系统异常对脑主题活动的不正确讲解和出现意外影响等。若有关硬件软件设备被违法应用（例如键入故意数据信号、变更数据信号阀值等），很有可能引起头部错乱，比较严重状况下将造成大脑损伤，乃至威胁人身安全。

非入侵式（配戴式）脑机接口的技术安全隐患也不可忽视，脑电子信号曲解的问题非常值得高度重视。因为头骨对神经系统数据信号的阻拦，现阶段非入侵式脑机接口设备难以获得连续平稳的脑电子信号，因曲解而引起对身体间接伤害风险的概率扩大，尤其是一些必须高精密实际操作的脑控姿势，例如操纵残疾轮椅横穿马路、驾驶汽车等，假如因脑电子信号曲解造成错误操作，很有可能导致特别明显的不良影响。

脑机接口引起的私人信息安全性风险问题十分突显。由于该技术不但可以收集人类已表现出来的个人隐私信息，还将具有收集各种各样仅储存在大脑内部结构的个人隐私信息的工作能力，例如身体状况、日常生活历经、资产情况、人际关系、心理特点、婚恋交友、信念等个人隐私信息。

脑机接口有可能未经同意许可搜集、解决神经系统信息。以数字化方式存放的神经系统信息更易于被网络黑客或不法得到认证的企业悄悄的搜集。脑机接口也有很有可能泄漏人的逻辑思维信息。思维信息可能是全部信息中更为个人隐私的，假如神经系统信息可以被脑机设备精确讲解，那麼人的思索全过程和思索结果就有可能被推论出去，人的逻辑思维便有可能被泄漏或盗取。从信息安全性视角看来，一旦将来脑机接口可以合理载入脑内信息，乃至根据对神经系统主题活动的控制向脑内“载入”信息，便会随着造成信息内容泄漏、对脑主题活动的故意影响乃至控制等风险。

伴随着脑机接口技术的持续提升与进一步发展趋势，其作用将从收集和分析脑数据信号，拓展到完成大脑与人工智能技术的紧密结合，即根据将微生物智能化的模糊不清管理决策、改错和快速学习工作能力与人工智能技术的迅速、高精密测算，及其规模性、迅速、精确的记忆与查找工作能力融合，完全刷新人类与人工智能技术的关联。

当大脑与人工智能技术紧密联系、一同管理决策时，实施者到底是谁？人的大脑和人工智能技术紧密结合系统软件中，人类还具备多多方面的主体性？假如人的大脑和人工智能技术紧密结合系统软件发生了不正确、乃至刑事犯罪，义务所属怎样区划？这种全是非常值得关心和探讨的问题。

伴随着脑机接口技术的运用，尤其是在大脑与人工智能技术紧密结合以后，人和人之间的数字鸿沟将被进一步扩张。脑机接口技术有利于大幅提高人类的思维能力，进而在学习培训、工作中等运动中有着显著优点。

可是受制于技术、经济发展、政冶等层面缘故，仅有一些人有着“演变”需要的前提和成本费。当时代的一些人群可以应用脑机接口技术来提高“一切正常”以外的发展潜力时，这些在没有“外挂软件”的情形下坚持不懈提升自己的人，很有可能会在日常生活、文化教育等层面处在市场竞争缺点，进而加重社会分层或扩张人和人之间的差别。这一很大的数字鸿沟毫无疑问将造成人类社会发展中公平合理的缺失，引起锐利的社会问题，目前法律法规、行政部门、经济发展等政冶方式难以监管这一情况。

新起科学合理技术会对人类个人和社会发展造成深刻影响，高度重视新起科学合理技术的安全性风险看起来至关重要。脑机接口技术是不是可以自始至终从善、惠及人类，这非常大水平上在于大家在技术发展趋势历程中的心态与管理决策，尤其是对各种各样伦理道德风险问题的防范措施。

在未来的探讨中，一方面，科技界要加强有关分析和自主创新，以降低技术的安全性缺点，减少安全性风险；另一方面，政府部门和有关领域机构要加速构建和健全脑机接口技术的风险点评及预警信息管理体系，健全有关社会道德规则和法律法规，颁布规范化、规范性管理制度，搭建脑机接口发展趋势与使用的监督体制，努力创造脑机接口技术的身心健康可持续发展观。

未来已来？“脑机接口”或从科幻走进现实？

新华社上海7月20日电（记者有之炘）将某种设备植入大脑以实现人类和计算机之间的快速通信，这是《黑客帝国》等经典科幻电影中的情节，“脑机接口”也是很多人津津乐道的话题。如今，在被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆·马斯克的口中，“脑机接口”或将从科幻走进现实。

让人兴奋的脑机接口

埃隆·马斯克日前宣布，他旗下的脑机接口初创公司Neuralink已经找到了高效实现脑机接口的方法，这套高宽带脑机接口（BMI）系统可快速读取脑信号，并有望在明年年底之前开始对人类进行试验。

据悉，Neuralink的脑机接口系统，是利用一台神经手术机器人向人脑中植入被称为“线”的专有技术芯片和信息条，然后可直接通过USB-C接口读取大脑信号，甚至可以通过苹果手机的应用程序进行控制。Neuralink公司已开始在老鼠身上进行测试，并与加州大学戴维斯分校合作用猴子试验。

来自Neuralink的“黑 科技 ”瞬间刷屏，不仅令全球网友兴奋，也使脑科学领域的专家们感到震撼。

复旦大学附属华山医院副院长毛颖对于Neuralink电极的纤细度、柔软度以及电极通道量数量级的进步也表示认可。据毛颖介绍，脑机接口的技术涉及脑电信号的获取、分析、功能呈现三个部分，Neuralink在脑电信号的获取环节取得重要进步。

挑战重重的“黑 科技 ”

如此牛的“黑 科技 ”将如何运用呢？马斯克在发布会上表示，Neuralink的技术可以帮助到那些因脊髓损伤而失去行动能力或感觉能力的截瘫患者。被马斯克称为“神经蕾丝”的微型设备，将它植入到人体体内，一些具有听力和视力缺陷或脑部损伤的人士将可以弥补部分的功能。马斯克透露，公司将争取美国食品药品管理局的批准，有望最早在2020年开始人体临床试验。

然而，在业内人士看来，作为侵入式的大脑信息采集方式，Neuralink未来所面临的挑战是不可回避的。

侵入式接口最大的挑战是手术如何将对脑部的损伤降到最低，并且随着植入时间延长，穿刺电极被炎症细胞包裹，理论上会导致信号缺失；第二个挑战在于电极植入部位的精准选择、信号的有效分析，需要对大脑功能结构和活动方式的深入理解；同时，在信号控制、微制造等领域，也将面临前所未有的挑战；此外，这一技术能否在 健康 人士身上运用也值得探究，在伦理上更需要严格把控。

尽管挑战重重，但越来越多的人开始关注大脑研究的前沿领域，智能的发展将会对人类的进步产生巨大的推进作用。陈天桥雒芊芊研究院创始人陈天桥表示，期待看到明年Neuralink在人体试验时，如何平衡脑机接口技术用于治病救人和大众商业服务的关系，希望未来能够看到在这方面有革命性的突破。

与人工智能的共生融合

事实上，除了马斯克的团队，国内外还有不少致力于研究侵入式和非侵入式的脑电控制方面的科研人员。

中国科学院院士吴朝晖长期从事植入式脑机接口的研究，在复杂服务计算和脑机融合的混合智能等方面取得了创造性的 科技 成果。

复旦大学脑科学研究院在感知觉、学习记忆等方面开展脑电活动解码研究，如针对奖赏记忆的存储和提取的解码，研究治疗成瘾等记忆相关疾病的方法，近期还研发出基于视觉信号的脑机接口，即“脑电驱动的变色龙”系统。马兰表示，脑机接口正在成为全世界脑科学的热点，相对于侵入式技术，非侵入技术在日常生活中的应用也将更为广泛，发展前景巨大。

学术刊物《科学》杂志曾发文称，美国卡内基梅隆大学教授贺斌团队开发出了一种可与大脑无创连接的脑机接口，能让人用意念控制机器臂连续、快速运动。

陈天桥雒芊芊研究院的脑机接口项目则主要专注于对病人尤其是瘫痪病人的治疗， 探索 通过脑机接口让瘫痪病人用意念精确控制机械臂，甚至模拟触觉。

除了医疗领域外，脑机接口技术还有潜力应用在教育、 游戏 、智能通讯等产业领域。来自美国硅谷的教育机器人公司萝卜太辣创始人兼CEO张尧在接受采访时表示，脑机接口技术在教育领域也有应用场景，可以帮助学生提高学习效率、提升注意力，在实际应用落地方面值得研究。

诚然，从脑科学的角度而言，人类对大脑的了解远远不够。毛颖坦言，未来在与人工智能的共生和融合过程中，如何确保研究方向符合人类利益是值得关注的另一个层面。人工智能的发展会给人类大脑的发展插上翅膀，在这一发展过程中也要密切关注其可能产生的风险并加以控制。

关于《脑机接口系统的功能和特点》的介绍到此就结束了。