大脑控制的计算机正在成为现实，但主要障碍仍然存在

传感器这就是伊隆·马斯克目前正在研究的。这位企业家主要因在特斯拉和SpaceX的工作而闻名，但他也是承诺改变脑机接口的Neuralink公司的创始人。这些设备将允许人类用大脑控制计算机。Neuralink正在猪身上测试他们的新技术。在9月的一次新闻发布会上，马斯克甚至还展示了一只植入了大脑的猪，它的鼻子受到的刺激会被追踪。

所有这些听起来可能像科幻小说或炒作，但这个研究领域充满希望。脑机接口(bci)在不久的将来，可能会帮助脑损伤或运动能力受损的患者恢复，或更好地融入周围环境。运动能力下降的人可以用他们的大脑控制机械轮椅，甚至不用动一根手指就能控制家用电器和像电视或恒温器这样的设备，增加了他们的独立性。从长远来看，它甚至可能有助于提高人们的认知能力。但就目前而言，一系列技术和人类挑战仍然存在。

接口

法国Inria bordeaux - sudd - ouest的研究主任法比恩·洛蒂博士(Fabien Lotte)正在研究这些挑战。“大多数脑机接口都能工作，但不是很好，”他说。

bci主要有两种类型:非侵袭性和侵袭性。非侵入式的版本是最常见的，只是简单地把传感器放在人的头上，就像一顶布满电线的高科技帽子。他们测量大脑活动并将数据转换到电脑上。另一方面，侵入性脑脊髓炎是放置在颅骨内的传感器，这正是Neuralink正在研究的。

BCI可能希望根据用户的大脑活动让鼠标指针向左或向右移动。洛特博士提到，平均而言，bci的正确率约为60%到80%，尽管这取决于大脑中包含了多少个心理指令。一个只让光标向左或向右移动的系统只包含两个心理指令，准确率约为70%至80%。所以每尝试几次，系统就会犯一次错误。洛特博士说:“如果电脑鼠标犯了那么多错误，你就不会用它了。”

但对洛特博士来说，问题可能不仅在于技术，还在于使用bci的人。他说，控制BCI是你需要学习的技能。“我们不仅需要好的技术，我们还需要训练有素的用户。”

洛特博士领导了一个名为BrainConquest的研究项目，该项目旨在为非侵入性BCI用户设计更好的培训。研究人员让用户进行类似于用大脑玩视频游戏的练习，其中有人思考需要在屏幕上执行的动作。但该团队也在设计更好的反馈系统，如触觉手套为用户的手提供振动。

与鼓励一样，社交反馈也受到了考验。他们甚至设计了一个名为“花生”的人造伴侣，看起来像一个可爱的卡通机器人，用屏幕做脸。洛蒂博士说:“很难找到一个前后一致的真人老师。”她认为，人造伴侣可以对大脑活动提供更统一的解释，而且仍然可以提供有用的反馈体验。

这项研究仍在进行中，但在某些用户中显示出显著的效果。触觉和视觉反馈的结合使整个测试组的精确度平均提高了5%。PEANUT对喜欢团队工作的人有积极的影响。在没有使用PEANUT的情况下，它们的准确率平均为63%，根据用户的不同，准确率会在5%到10%之间上升。但是，喜欢单独工作的用户在使用PEANUT时，性能会下降。

数据

另一方面，技术也仍然是一个挑战。美国查普曼大学(Chapman University)助理教授亚伦•舒格(Aaron Schurger)博士认为，BCIs使用的数据分析方法可以改进。传统上，bci只在用户想要执行操作时使用数据。例如，当用户想让鼠标指针向左移动时，它们会收集大量的大脑数据，并利用这些数据更好地意识到他们何时需要采取行动。

但Schurger博士认为，我们需要超越狭隘的信息，还要包括大脑处于休息状态时的数据。这是他之前在研究项目ACTINIT中探索的一个概念。“我们现在正在研究所有的数据，”Schurger博士说。“不仅仅是运动前的数据。”

Schurger博士将其比作天气预报，气象学家使用大量的天气数据来预测将要发生的事情。“如果你想预测什么时候会下雨，如果你只看雨天，是做不到的。那样的话，你会错过一半的画面。”

然而，如果bci真的想要解决目前困扰他们的问题，可能需要采取比用户培训或更好的数据分析更激进的行动。这将需要研究人员超越非侵入性技术。一种关键的非侵入性方法叫做脑电图或脑电描记法. 这里的电极连接在头皮上，用来测量大脑内神经元发送的电流。“脑电图测量反映大脑活动的微电流，”洛特博士说。

当一个人采取一项行动或思考它时，可能会激发成千上万的神经元，从而产生足以在头皮上测量的大电流。软件然后系统会试图理解这些数据，并将其与一个行动或想法联系起来。

但对于Schurger博士来说，脑电图实际上已经趋于稳定。“人们已经在这个问题上研究了三、四十年，很长一段时间都没有任何重大突破，”他说。

头骨

这里的关键问题是头骨的厚度。它可能会很好地保护我们的大脑，但它也让我们更难发现大脑下面发生了什么。“来自大脑的信号非常微弱，”Schurger博士说。想象一下，你在一个拥挤的足球场上方放置了几个麦克风，试图听到其中的一个谈话。你可能会意识到什么时候进球了，但这一次谈话很难区分。”

解决方案是进入体育场，靠近活动区。或者对于BCIs，钻入颅骨并将传感器直接连接到大脑。这给研究人员提供了更好的信号。自20世纪70年代末以来，人类已经安装了侵入性BCIs，在实验案例中，他们恢复了盲人患者的部分视力，并允许瘫痪的peop他们有能力控制假肢，但他们也有一系列的医学考虑。

首先，医生需要说服患者和监管机构让他们在人的头部安装一个装置。除此之外，还可能出现医疗并发症。患者的身体可能会在传感器周围生长免疫组织，甚至排斥它。这可能导致设备的信号更差，或对患者的健康产生负面影响。“你的头骨里有异物，”舒尔格博士说。“身体倾向于拒绝这一点。”

出于这些原因，人类和机器融合在一起以增强认知能力的更具未来感的应用可能需要等待一段时间。Schurger博士认为，目前，医学应用可能将主导这一领域。

非侵入性

但即使BCI系统不能很好地工作，仍然可以找到应用程序。洛特博士提到，非侵入性BCI可以帮助中风患者的康复，他还与波尔多佩莱格林医院进行了探讨。今天的中风患者已经需要通过思考某个动作来锻炼受损的大脑部分。脑机接口可以通过向患者提供有关大脑训练的反馈来帮助他们，尽管在该项目中，现在给出有效性的结果还为时过早。

洛特博士说：“在这里，系统不太可靠并不重要。你不是在试图控制某些东西。你是在试图重新学习如何使用这个区域并改善恢复。”

Lotte博士提到的另一个用例是被动BCI。在这里，这项技术被用来监测大脑活动。未来，飞行员等高风险专业人员可以在飞行过程中佩戴非侵入性BCI，以监测他们的疲劳和注意力。通过监测他们的大脑活动，其他船员可以检测到他们是否太累或不堪重负。同样的概念甚至可以用来衡量学生的投入程度，来决定如何调整学习材料。

洛蒂博士并不想预测bci(无论是侵入性还是非侵入性)何时会被更广泛地采用。但他注意到BCI的初创企业出现得更频繁。“BCI研究在过去几年已经成为一个热门话题，”他说。“许多实验室和公司都在研究它，但到目前为止还不可靠。”

Schurger博士对此表示赞同。他对这种炒作提出了警告，但仍然认为该领域正在发展。Schurger博士说:“在未来的5到10年里，侵入性bci的使用将会增加。”“就医疗用途而言，我们可能会在这段时间看到主要活动。”

这篇文章由汤姆·卡萨沃斯撰写，最初发表于地平线，欧盟研究与创新杂志E