马斯克脑机对接|脑机对接：凭“思维”支配一切

【sanwen.jxxyjl.com--心情散文】

2002年前，著名的英国物理学家史蒂芬?威廉?霍金还可以用能够活动的三根手指控制计算机与人沟通，但从2004年开始，他连手指也不能动，只能靠眼球和嘴唇的活动发出信号，与计算机交流。根据他的病情发展趋势，从理论上说，他有朝一日将可能连眼球和嘴唇都动不了了，到那时，如果要与外界交流的话，也许就剩下他能够自我控制的“意识”和“思维”了，那时的霍金还能通过什么渠道去操纵生活和研究中无法离开的工具，如何与外界交流？
2006年11月2日，“2006年医疗器械创新设计技术高峰论坛”在郑州召开，来自清华大学医学院生命科学与医学研究院神经工程研究所的高小榕教授，在会上作了一场令人振奋的有关“脑机接口技术”的学术报告。高小榕教授在这次报告中向与会者介绍的这项科研成果，将有可能为解决像霍金这样的瘫痪病人仅仅通过大脑的思维和意识，去控制外界物体的问题提供理论与实践上的帮助。因为经过六七年的研究，这项技术已经初步解决了瘫痪病人仅仅通过大脑的“思维”去支配并完成类似移动鼠标、点击键盘操作电脑，手机拨号，开、关电器，调换电视频道等这类对于正常人来说再简单不过的肢体动作，甚至还可以用“思维活动”去支配两个机器狗进行一场精彩的足球赛。
随着研究的进展，科幻小说中许多“意念移物”、“思维控制”、“隔空取物”等等神奇且距离我们的生活十分遥远的镜头，从理论上说，都有可能通过这项学术名称为“人脑与计算机或其他电子设备之间建立的直接的交流和控制通道（简称：脑机接口技术）”的科研成果，变成现实。
据一份资料显示：全世界大约有两千万全身瘫痪病人，其中包括1600万脑瘫脑萎缩患者、500万脊索伤者，另有1000万因脑干问题而引起的全瘫患者。高小榕教授介绍，在未来的三五年内，以“脑机接口技术”为基础开发的医疗器械产品，将会逐渐完善和成熟，并最终应用于医疗实践，造福于千千万万个生活无法自理的瘫痪病人……
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试验成功：全身瘫痪的“电脑迷”能用“思维”控制鼠标
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2001年12月14日，北京博爱医院。一场由清华大学和该院合作进行的、基于国际领先地位的“脑机接口技术”而推出的“环境控制器”临床应用试验即将进行。接受试验的是来自于浙江海关的王博（化名）先生。
据博士生导师、清华大学“脑机接口技术”研究课题组负责人高上凯教授介绍：脑机接口形成于20世纪70年代，英文名称为brain-computer interface （bci）或brain-machine interface (bmi)。是一种涉及到神经科学、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术。世界上许多发达国家对此领域的基础研究已经有很多年了。各国尖端研究领域都非常重视它的研究价值。这项尖端技术在美国麻省理工大学推测的“21世纪能改变世界的10大技术”排行榜中排名第一位。而她和他的同事们也早在1999年就开展了这项技术的研究，其研究成果已经领先于全球同类研究机构。王博先生所要接受的这项试验，就是基于此项技术专为瘫痪病人开发出来的、他们命名为“环境控制器”的医疗设备的第一例临床试验。
据课题组了解，在此之前，脑机接口技术在医学临床上的试验，不仅是国内第一例，在全球也尚无先例。
那天王博说，能够配合这样尖端的、造福于残疾人的科学实验，“我感到十分荣幸”。
因为两年多之前，在浙江海关某处担任着处长职务的王博还怀着对工作和事业的满腔激情，在自己的岗位上和他的同事们一起，守卫着“国门”。上大学时，王博学的是计算机专业，因此，无论参加工作前还是参加工作后，他几乎把8小时之外的时间都交给了浩浩淼淼的网络之海，每天乐此不疲堤在网络上度过了一个个快乐的日子。
然而，一场突如其来的车祸，让这位当年仅仅32岁、有着美好前程的年轻处长，永远地瘫在了病床上。车祸使他的脊柱受到了无法逆转的损伤，由此带来的后果是：他除了颈部以上的身体部位还能活动之外，从脖子以下的身体都失去了感觉，胳膊、腿，手和脚都像不属于自己的那样，软绵绵地垂在身体上，成了“摆设”。别说操纵着鼠标、键盘上网了，就连迈开两条腿走几步路、穿衣吃饭等等以前再也平常不过的活动，都成了一种再也不属于他的奢望。他所剩下的，仅仅是能够通过语言和面部表情，来与周围的人沟通。12345※本文作者：老枪※
2001年11月份，在当地医院治疗了两年半之后，王博在家人的安排下，来到以治疗瘫痪等病症闻名国内的北京博爱医院（中国康复中心）继续求医，以求能够恢复肢体功能。与此同时，清华大学医学院生命科学与医学研究院神经工程研究所已经进行了两年多的研究，在理论上基本成熟的一项名为“脑机接口”的科研项目，已经进行到了最关键的一步：这个课题负责人高尚凯教授和她的同事高小榕、洪波等专家教授，正在为最终应用于临床治疗而寻找着在人的身体上进行的实验对象。最后，他们联系了北京博爱医院，希望该院能够协助他们寻找一位受试者。
医院经过慎重选择，根据实验内容，向清华大学推荐了王博。因为王博学历较高，能够较顺利地理解和配合试验过程，同时他此前学的是计算机专业，对将要进行试验的其中一项“用‘思维’控制和移动鼠标”的项目能够较好地理解和接受。经过医院和王博的交流，王博很高兴地答应了。因为他听说这个科研项目的研发目的，就是为了服务于像他这样的瘫痪病人的日常生活的，所以，自己能够成为第一个“亲密接触”这项尖端科学技术的受试者，他觉得十分荣幸。
2001年12月14日上午，在博爱医院院领导的陪同下，清华大学“脑机接口”课题组的高上凯、洪波、高小榕等专家，带着他们研制出来的、他们称之为“环境控制器”的一整套设备，来到医院见到了王博。简单的沟通后，王博戴上了一顶连着连着好几根线路的帽子——他们称之为“电极帽”，轮椅前的桌子上，有一台笔记本电脑。戴好电极帽之后，试验开始了。王博静静地坐在轮椅上，开始集中精力“想像”着在笔记本电脑上移动鼠标，“上、下、左、右”……随着他的思维有意识的活动，电脑上的鼠标箭头竟然根据王博大脑里发出的指令，乖乖地移动着……
移动鼠标的试验结束后，王博带着那顶电极帽，又开始进行第二组试验——用大脑发出的命令，直接控制电视机的“开”、“关”、“调频道”、“调音量”试验。一台断开电源的电视机静静地放在桌子上，王博集中了一下精力，开始在大脑里“想像”打开电视电源按钮的动作，他的思维集中起来后，“啪”的一声，那台电视机的电源按钮打开了，屏幕上出现了一个正在播出的频道；之后，王博的大脑又逐一进行了“换台”、“调整音量”等的“想像活动”，电视机就像有一个遥控器控制着那样，尽管有些迟缓，但最终还是在接受到这些信息后，按部就班地顺利完成了这些“操作”，直到“关掉电视”。

“成功了！”高上凯教授看到这个情形后，环视了一圈儿她的同事们，松了一口气说。
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研究缘起：让高科技服务于网络普及后的残疾人生活
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高上凯教授在介绍那次试验时说：“脑机接口”试验，看着确实挺神奇的，受试者只要戴上电极帽，就等于在大脑和外界设备之间，建立起了一个直接沟通的通道。人们不需要通过日常的由神经、肌肉支撑的肢体动作、不接触外界的设备，那些设备就可以从人脑中获取命令，接受人脑的控制。这种技术被完善后，如果应用于临床，对于因各种原因而导致身体瘫痪，四肢无法进行日常活动的瘫痪病人或者残疾人来说，确实能够为他们的生活带来许多方便。
高小榕教授接着介绍了他们开展这项科学研究的起因：实际上，脑机接口技术应用于解决残疾人日常生活的研究，是基于脑电信号技术的研究之上的。



清华大学对脑电领域的研究已开展了20多年，在此之前，他们已经成功地开发出了利用声音、视觉控制外界物体的科研成果，比如用声音信号控制鼠标、用视觉信号控制鼠标等，但直接利用大脑的思维活动控制外界物体，当时不但在国内，在全球仍是一项处于最尖端的、尚无重大进展的科研项目。
1998年8月份，曾经在清华大学求学的张继坚先生到母校看望高上凯等曾经教过自己的教授们。当时，互联网刚刚在中国开通不久，网络正在国内处于方兴未艾的普及阶段。张继坚谈到自己在工作和生活中见到很多双手不能活动的残疾人尽管有上网的欲望和需要，但由于肢体不能活动，互联网肯定要把这个特殊的群体排挤在外了。12345※本文作者：老枪※
聚在一起的高上凯、洪波、高小榕等学者，听了张继坚的感叹后，立即沿着这个话题开始讨论，他们在设想着能不能把此前他们的脑电信号处理领域的研究成果，根据实际应用剥离、分割出一部分，开发出一个什么装置，解决因肢体原因导致残疾人无法上网的实际问题。
形成一个研究思路后，高上凯教授和她的同事们立即组建了一个课题小组，并请一位名叫程明的博士生开始在以前的研究基础上，进行先期试验。
以往的研究表明，当人的大脑产生某种意念后，它会发出不同的脑电波，如何采集、捕捉到这些信息，成了这项研究的关键一步。由于脑电信号十分微弱，仅仅相当于一节干电池的几百万分之一。必须首先把大脑发出的信号放大若干倍，然后采集系统才能清晰地捕捉到大脑的准确思维活动。戴在王博头上的那个“电极帽”，就是一个“脑电波收集器”。帽子上的若干个电极贴到头皮上，能够捕捉到人的大脑在进行思维活动是所产生的十分微弱的脑电信号。此前的研究证明：人在进行思维活动时，脑电信号是有变化的，电极帽就是在捕捉到这些不断变化的脑电信号后，输送到电子计算机内，进行放大、处理，然后通过设计好的程序经过计算，从而识别出人的大脑所发出来的各种命令，然后，计算机就“明白”了人的大脑所表达的意思，便向外界的其他装置——也就是被控制的对象，发出指令，安装在这些可控装置上的设备接受到指令后，便会“乖乖地”服从指令，从而完成人脑把意识变成物质的过程。
据高上凯教授介绍，1999年，他们便在国际上较早地完成了解读视觉脑区信号的“脑机接口系统”，并创造了利用视觉信号于外界装置之间每分钟60比特的最高通讯速度，亦即每分钟可以用脑电波想计算机输入18个数字。通过这套装置，人们可以仅凭思维活动，就能够在一分钟内拨出一个手机号码。而当时国际上同类研究机构的同类系统，一般仅能完成25比特的通讯速度。
1999年9月，高上凯教授赶赴美国参加一个国际学术研讨会。在这次研讨会上，她发表了一篇围绕这个科研思路所形成的论文。由此，这种brain-computer interface （bci）或brain-machine interface (bmi)的尖端技术，在第一次确定了汉语的准确表述方式——“基于脑电信号的脑机接口技术及装置研究”，简称“脑机接口技术”。
之后，这个科研项目由于其尖端的学术地位和无法估量的经济及社会效益，获得了国家自然科学研究基金的经费支持，同时，又先后被列为“十五”和“十一五”国家科技攻关计划“医疗器械关键技术研究及重大产品开发”项目。
2001年10月份，脑机接口技术的演示装置——“环境控制器”，终于在无数次的试验后成型了，同时也能够进行更复杂的试验了，于是，他们便联络了北京康复医院，在王博先生的配合下，第一次把脑机接口技术，应用于临床试验。
王博仅仅坐在轮椅上“动动脑子”，就达到了控制鼠标、控制电视各个按键的目的，这项技术经过完善后，将来最终实现蕴含着高上凯等这些专家学者们一腔博大爱心的、“让全瘫病人也能上网”的初始目的，为期不远了……
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谁与争锋：“清华成就”占据全球“脑机接口”技术巅峰
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清华大学开发出来的脑机接口系统总共有三部分组成：电极帽、脑电波放大器和一台用来进行数据处理的计算机。继由第一位受试者王博配合参与的那次试验之后，高上凯教授和他的同仁们又把“环境控制器”作了更进一步的完善，从各个不同的角度，进行了多次试验。并计划将这三部分设备，精简为两部分，把脑电波放大器和数据处理器合并一起，置入一个电话机大小的盒子中。这样，就为这套设备走出实验室、最终通过产业化的渠道，造福于更多的瘫痪病人奠定了基础。
同时，清华大学神经工程研究所的专家们，为了获得更多更严谨的有关脑机接口的试验资料，又在中国康复研究中心、北京大学第三附属医院等医疗机构的协助下，开展了多次、多例试验。仅2003年10月至12月，他们就选取了10名全瘫病人，连续进行了一系列试验，获得了一组珍贵的试验数据。这组受试者8位男性，2位女性；年龄最大的51岁，年龄最小的22岁；身体受损伤而导致全瘫的原因有车祸、外伤、脑瘫等多种原因，至受试时脊柱神经受损伤时间最长的3年，最短的5个月，手指肌力均为0级，手、臂均完全失去了一切自主活动功能。面对这些情况各异的受试者，脑机接口技术在他们身上的全部实现了预期的试验效果。12345※本文作者：老枪※
接着，清华校园里又有几十位学生作为志愿者参与了这些试验，截至目前为止，已经有130多位受试者参与了试验。

这之后，研究所又把脑机接口技术以更多的形式直观地演示出来了——
2006年6月14日，两名清华学子作为志愿受试者各自戴上了电极帽，不过，与在医院进行的试验不同的是，他们将通过“思维”，控制两个机器狗，进行一场足球大赛。
试验开始了，在一块四平方米左右大小的地毯上，一条红色的机器狗充当守门员，一条白色的机器狗攻门。一切准备就绪后，两名学生进入试验状态，开始不动声色地较量“内功”。他们各自通过思维活动控制一条狗，不断发出“前进、后退”、“向左、向右”之类的意念，白色机器狗在主人脑电波的控制下，轻盈地左冲右突，躲避“守门员”红色机器狗的阻拦；“守门员”很聪明地向右移动，然后成功越过障碍物向前挺进。对于直奔而来的前锋眼看拦截就要成功，这时几乎要和“守门员”撞个满怀的前锋突然转变“战术”向右快速移动，反应不及的守门员顿时乱了阵脚，却快速向左移动。看到守门员空出位置，白色机器狗立即迅捷地将球踢进球门。
这场精彩的试验只用了5分钟！
除此之外，高上凯教授和她的同仁们还把脑机接口技术实现了可以通过意念博弈的“五子棋演示系统”、更切实地体现辅助残疾人生活的“残疾人机械手臂演示系统”以及“轮椅演示系统”、“残疾人上网演示系统”等各种形式的、有可能产业化的试验系统。这些演示系统尽管表现形式不一，但都是通过脑机接口系统的三大部分：电极帽、脑电波放大器和一台用来进行数据处理的计算机来完成的。
高小榕教授在接受采访时说，脑机接口技术的研究，其重要价值就在于揭示出了一个重要的事实：意识活动是有其物质基础的。脑机接口技术的研究现在刚刚起步，可以说我们是打开了这扇门，但人脑中还有太多的科学之谜尚未揭开。这项技术刚一披露到社会上时，很多人产生了诸如“可以控制别人的思维”、“电极帽能够扫描到受试者的思想活动而由此暴露个人隐私”等的恐惧心理。对此，我只能这么说：从技术层面上说，我们现在还远没有达到核心意识层次上的研究，距离少部分人担忧的那些问题还很遥远。通过思维活动控制外物，只能是意识活动周边的研究，还仅仅算是基础研究。我们已经研究得比较成熟的项目就要与产业对接，实现产品化，尽快走进普通残疾人的正常生活，实现清华目前此项研究的最终目的——服务于残疾人。



同时，高小榕教授还为记者算了一笔帐：一套脑机接口系统的试验机造价大约在6000元～7000元人民币之间，将来技术成熟后进入流水线批量生产后，价格如果控制在3000元人民币左右，仍将可能有较大的生产利润，由此看来，拥有一般消费能力的全瘫患者是完全有能力承受的。这也是这种尖端技术最大的社会价值和经济价值的最终体现。
采访到最后，高上凯教授还对记者介绍了国际上开展此项技术的研究情况：对于脑机接口技术，全世界有许多大学的科研机构都在从事这一领域的研究，但在脑机接口技术应用于临床医疗的研究方面，也只有美国的布朗大学能够与清华大学比肩。布朗大学由约翰?唐纳休教授带领的研究小组在2006年7月份的《自然》杂志上发布消息，宣布了他们已经成功地从两名受试者的大脑里采集到了思维信号。
据那篇论文介绍，布朗大学的研究小组在2004年，把一个传感器芯片通过外科手术植入到了受试者马修?纳戈尔的脑部。马修?纳戈尔当年25岁，5年前受到袭击，导致脊髓严重受损，身体从脖子以下全部瘫痪。植入纳戈尔脑部的这个仅有一片药片大小的芯片上，带有100个微型电极，用以采集脑神经元发射出的脑电信号。
从功能上讲，植入纳戈尔脑部的这个芯片的作用与清华大学研发出来的、戴在第一位中国受试者王博头上的那顶“电极帽”是相同的。这两种不同的采集脑电信号的方式，分别被称为“侵入式”和“非侵入式”。但两种试验的结果大同小异：都能够通过思维活动，控制电脑鼠标、更换电视频道等。12345※本文作者：老枪※
然而，布朗大学研究小组采用“侵入式”芯片采集脑电信号的消息甫一传出，相对于清华大学的研究团队实施的“非侵入式”电极帽，国际上的一些科学家认为“侵入式”存在较明显的缺陷。他们称在人大脑中植入“侵入式”芯片，并非最佳治疗方案，而且，还有很多科学家反对纳戈尔接受这个实验，他们认为“侵入式”芯片对大脑组织损害存在极大的风险，同时，受试者的脑组织还会对植入芯片产生排斥，另外，植入的芯片还很容易诱发感染，产生炎症，时间久了，芯片还会失去效用，不得不再次进行手术，所以，布朗大学应该放弃推广这种技术的想法。
相对看来，清华大学的“非侵入式”电极帽，则基本没有如上的“副作用”，同时，由于戴在头部的电极帽仅仅是用来采集、捕捉脑电信息的，因此，它不会对人的大脑带来任何危害。
国际上还有一种观点认为：清华大学的“非侵入式”脑机接口系统，相对于布朗大学的“侵入式”芯片而言，其捕捉脑电信息的准确率会大打折扣，对此，高小榕教授这样解释：如果说“侵入式”芯片对于脑电信号的采集是点对点的“独唱式”的话，“非侵入式”的电极帽对于脑电信息的采集和捕捉则是“交响乐”，是宏观的，其综合准确率相对更稳定。
记者在采访时还获悉，2005年6月在美国召开的全球第3届脑机接口学术研讨会上，主办者还宣布了同时举办的脑机接口数据竞赛结果：清华大学在14个参赛小组中取得第一名，5名受试者分析结果的平均正确率达到了94。2%，而第二名则一下子降为85。1%，比清华低了9。1个百分点。对受试者的分析结果表明清华的正确率达到98%，而第二名比清华低了17个百分点，仅为81％。在全球范围内的竞赛中有如此巨大的优势的结果说明：高上凯教授和她的同事们6年多来的不懈努力，已经使我国脑机接口技术的研究，稳居世界行业领域的颠峰了！
高小榕教授在展望脑机接口技术多领域应用的前景时介绍说，就目前研究进展的情况来看：最初的“实现残疾人上网梦想”的初始愿望已经基本实现了，同时，下一步的研究将通过脑机接口技术的多方位开发，让他们实现通过自己的思维直接操作、控制轮椅、假肢，甚至通过“思维活动”直接使用计算机。但现在全球许多国家都在瞄准这一尖端技术投入开发力量，这一研究已经成为了新兴的交叉学科，不仅仅在改善残疾人的生活质量方面，在军事、人工智能、娱乐等方面的应用，也有着无法估量的前景……

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