「揭秘」腦機介面技術的安全風險

腦機介面技術雖仍未被大規模商用,但其戰略價值與安全風險已引發國際技術政策界的關注。

2023年2月21日,據美媒報道,繼去年10月出台限制中國獲取人工智慧和超算等相關技術所需的晶元技術後,美商務部正考慮對中國禁運腦機介面技術。什麼是腦機介面技術?其發展態勢如何?戰略意義與安全風險何在?

什麼是腦機介面技術?

對腦機介面最著名的描寫莫過於1999年上映的由基努·李維斯主演的系列電影《黑客帝國》。電影中,以年輕的人類黑客尼奧為首的「人類反抗組織」歷經波折回到現實世界,才發現自己此前一直處在虛擬空間,所依賴的乃是插在腦後的一根電纜。當然,現實中的腦機介面並沒有這樣「簡單粗放」。

腦機介面技術,英文稱Brain-Computer Interface(BCI)或Brain-Machine Interface(BMI),是一種在人或動物的大腦(或腦細胞的培養物)與計算機或其他電子設備之間建立起通訊與控制連接的生物信息技術。腦機介面的技術路線主要有三種:一種是「侵入式」,通過開顱手術等方式將多個電極植入到大腦皮層內部,直接獲取不同的腦內神經元發出的電信號;一種是「非侵入式」,即無需手術,只通過戴在頭上形似「頭盔」的穿戴設備感應大腦不同部位發出的腦電波;還有一種則稱為「半侵入式」,雖然同樣需要進行開顱手術,但只將其植入在大腦皮層之外,通過更近的感應距離提高腦電波感應的靈敏度。

對腦機介面技術的研究發端於20世紀70年代的美加州大學洛杉磯分校(UCLA),其初始研究得到了美國家科學基金會(NSF)與美國防部高級研究計劃局(DARPA)的資助,可謂「含著金鑰匙出生」。1989年,美國又動員國內學者進行腦科學研究計劃,還將20世紀最後10年命名為「腦的十年」。2013年4月,白宮提出旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖的「腦計劃」,媒體普遍認為該計劃的重要性可與人類基因組計劃相媲美。該計劃將在12年中投入45億美元,目前已接近投資尾聲。我國自2010年起開始投資腦科學領域,且資金不斷增長,從2010年的每年約3.48億提升至2013年的每年5億元人民幣,並於2016年將「腦科學與類腦研究」列入「十三五」規劃綱要,力爭在未來15年內在腦科學與類腦智能器件方面取得國際領先成果。

腦機介面技術仍未得到大規模推廣,其主要應用場景是在殘障人士的醫療康復領域:對於四肢殘疾的患者,腦機介面能夠利用「幻肢效應」使其通過意念控制電控輪椅或假肢;對於神經疾病患者,腦機介面能夠及時感應病發時的腦電波,及時控制植入體內的微納醫療設備投藥抑制病發過程;對於應激創傷等心理疾病患者,腦機介面能夠通過改變病患腦電波模式的方式,抑制抑鬱、焦慮等情緒的發生;對於先天性耳聾患者,腦機介面能夠將麥克風拾取的聲音轉化為腦電波,從而實現復聰。

而在未來,腦機介面技術有望幫助人類突破種種生理極限,藉助科技手段全面提升人體機能。如人工智慧與腦機介面相結合,能夠使人以前所未有速度進行閱讀和學習,藉助自動翻譯無障礙理解全球各國語言,利用人腦進行此前唯有計算機能夠進行的複雜運算。這將大大改變目前受人的壽命和人體自身能力限制而趨於停滯的基礎科學研究面貌,使種種在沒有人工智慧輔助下無法被發現或總結的科學規律得到發現。腦機介面還可以通過與一系列生物信息技術相結合的手段提早檢測出人體發生的異變,在預防中風、老年痴獃等方面發揮作用。

腦機介面的四大安全風險

儘管腦機介面仍處於大規模商用的前夜,但其戰略價值與安全風險已引發國際技術政策界的關注。

其一,腦機介面將使網路攻擊的代價急劇上升。目前,網路攻擊仍然很少造成人員傷亡,後果最嚴重的案例主要出現在對關鍵基礎設施的攻擊上。但隨著腦機介面等與人體直接發生互動的電子設備的普及,網路安全將成為成為性命攸關的問題。黑客可能利用惡意軟體來攔截或竊取,甚至是篡改腦信號數據。如果腦機介面將腦信號翻譯為錯誤的語言或指令,也可能會對用戶造成危害。

其二,腦機介面將帶來新軍事變革。自誕生之初,腦機介面技術就得到美軍方高度關注,目前其應用主要體現在兩個方面。一是利用便攜植入式腦機介面,以電信號刺激人體神經,實現士兵身腦素質提升,打造「超級士兵」。如蘭德公司報告《腦機介面軍事應用和影響初步評估》中就指出,腦機介面可有效在戰場上減輕人體痛覺,抑制恐懼心理,並提高人類士兵在關鍵時刻的決策速度和準確性。若將其與外骨骼與腦控武器裝備結合起來,將不僅僅是一種戰術優勢,更是核心戰略優勢。

二是充分發揮腦機介面後方操控能力,在戰場上實現「無人戰爭」。如美國防部高級研究計劃局(DARPA)在2015年就啟動了名為Brain-Swarm Interaction and Control Interfaces的研究項目,能夠賦予飛行員以意念同時操控飛機與多架無人機的能力。DARPA生物技術辦公室的負責人賈斯丁·桑切茲稱:「截至今天,大腦信號已經能夠用於下達命令,並且同時操控三種類型的飛機。」可以想見,一旦相關技術未來在美軍中得到大規模應用,將使美初步具備發起「無人戰爭」的能力,使其在面對他國的區域拒止戰略時損失更小、顧慮更少。

其三,腦機介面將擊破人腦保密最後防線。正如前文提到的那樣,腦機介面擁有將人所聽到的一切轉化為數據並由機器解讀還原成音頻的能力,未來在視覺乃至記憶讀取方面出現類似的技術恐怕只是時間問題。而一旦腦機介面技術如同今天的智能手機一樣大範圍普及,即使部分人出於各種原因拒絕佩戴,外國情報機構依然可以藉助其身邊佩戴設備的人,或與目標在生理、教育、職業等各方面都十分相近的其他人的思維模式,大致準確地推斷出目標的思維模式,再利用大數據分析的方式予以印證。這勢必使得保守國家秘密面臨比今天更加困難的局面。

其四,腦機介面將加深對人的「思想控制」。美國喬治城大學安全與新興技術中心首席分析員威廉·漢納斯指出,腦機介面不僅能夠讓人腦控制機器,反之亦然,即使用機器發出的電波信號,調節人的情緒。這一技術領域被稱為「情感計算」(affective computing),並隨著解讀腦電波理論的不斷發展,可能在不遠的將來實現對人腦記憶的擦除和覆蓋,進而實現「神經元層次的思想控制」。由於當前軟體演算法的不透明特性,這就可能導致各國民眾的思想受到比互聯網虛假信息更嚴重的、且是字面意義的「洗腦」,使意識形態鬥爭「代碼化」,給各國維護政治獨立與自主帶來嚴峻挑戰。

(作者單位:現代院科技與網路安全研究所)

轉自:http://www.cssn.cn/gjaqx/202303/t20230303_5600894.shtml

鹽鹼地也能變豐收田

10月21日上午,習近平總書記來到黃河三角洲農業高新技術產業示範區考察調研,走進鹽鹼地現代農業試驗示範基地,察看大豆、苜蓿、藜麥、綠肥作物長勢,了解鹽鹼地生態保護和綜合利用、耐鹽鹼植物育種和推廣情況。他特彆強調:「18億畝耕地紅線要守住,5億畝鹽鹼地也要充分開發利用。如果耐鹽鹼作物發展起來,對保障中國糧倉、中國飯碗將起到重要作用。」總書記的這番話道出了鹽鹼地的重要作用,也為當前我國鹽鹼地綜合治理指明了方向。

  鹽鹼地是我國極為重要的後備耕地資源,挖掘鹽鹼地潛力,開展鹽鹼地綜合利用,對於糧食安全有著特殊意義。當前鹽鹼地的分布情況是怎樣?綜合治理的痛點和難點在哪裡?如何通過生態化利用將鹽鹼地變成豐收田?帶著這些問題,近日,本報記者採訪了相關專家。

  科技示範

  激發鹽鹼地糧食生產潛力

  一片濱海鹽鹼地,變身優質良田。這樣的變化發生在河北、山東、遼寧和天津等環渤海省市的低平原區。據了解,2013年,國家科技支撐項目「渤海糧倉科技示範工程」啟動,針對鹽鹼荒地和中低產田,重點突破土、肥、水、種等關鍵技術,主要解決環渤海地區4000多萬畝中低產田和1000多萬畝鹽鹼荒地的糧食生產和現代農業發展問題。

  「歷經5年時間,示範工程帶動了區域中低產區糧食增產增效,夯實了我國糧食安全基礎。累計實現增糧209.5億斤,節本增效185億元,節水43億立方米,為藏糧於地、藏糧於技戰略的實施發揮了重要作用。」作為「渤海糧倉科技示範工程」首席專家、中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心劉小京研究員把這項工程的效益賬算得很明白。

  鹽鹼地是指土壤含有過量可溶性鹽類的土地,它的形成除了受到氣候、地理、水流等條件影響,還與不合理的耕作管理有關。目前,全世界現有灌溉土地中約有一半存在土壤次生鹽鹼化的威脅,大部分新開墾的鹽鹼荒地因灌溉與排水措施不當,產生新的土壤鹽鹼化問題。

  我國耕地土壤鹽漬化主要發生在乾旱區和半乾旱區的灌溉農業和補充灌溉農業。由於降水少而蒸發強烈,灌溉水帶來的鹽分被留在土壤中。當土壤耕層可溶鹽累積到一定程度,會使作物出苗、生長受影響,作物減產甚至絕收。

  中國科學院新疆生態與地理研究所研究員田長彥介紹到,以新疆為例,鹽鹼地分布廣泛,具有面積大、類型多、積鹽重、形成複雜等特點。而且局部灌區因灌溉方式的改變,產生了新的鹽漬化土壤,嚴重阻礙了當地農業的可持續發展和生態環境的保護。

  目前,我國擁有各類可利用鹽鹼地資源約5.5億畝,具有較好農業開發價值的鹽鹼地集中分布在東北、中北部、西北、濱海和華北五大區域。「在這些具備農業改良利用潛力的鹽鹼地中,綜合改良3500萬畝鹽鹼障礙耕地,每年可增加200億斤以上的糧棉油產量。」他補充到。

  遵循規律

  因地制宜綜合治理鹽鹼地

  鹽鹼地問題具有複雜性、長期性和反覆性特點,它的治理利用也是一項系統工程。從20世紀50年代開始,我國就開始探索鹽鹼地治理的技術模式,並在各鹽鹼區形成了一些區域特色明顯的關鍵技術,如東北鹽鹼區的種稻洗鹽改鹼技術、西北鹽鹼區的膜下滴灌技術、濱海鹽鹼區的「上覆下改」控鹽培肥技術、中北部鹽鹼區的生物節水農藝技術、華北鹽鹼區的有機培肥鹽斑改良技術等。

  「儘管具體方法有所不同,但始終要遵守水鹽運動規律。」中國農業大學土地科學與技術學院教授李保國解釋,他打了個比喻:「就好比自家種花一樣,花盆要是沒有排水的孔,長期澆水就會造成土壤的鹽鹼化。」不管是以水壓鹽、大水洗鹽還是通過結冰使得鹽水分離,最終目的都是將根系生長的土層內溶於水的鹽鹼成分降低。

  「另外還要進行分區治理。」李保國補充說。東部季風區、內陸區、濱海區的自然條件各不相同,有些地區的鹽鹼地能夠通過治理髮展鹽土農業,而內陸乾旱區域更多的要考慮優先保護自然鹽漬生態環境系統,以免發生因為短期的小面積局部改良利用,帶來永久性大面積的生態環境災難。總體而言,需要對不同區域的鹽鹼地特徵進行深入分析,且在淡水資源有保障和具有排水條件下,因地制宜形成配套的鹽鹼地治理技術與方式。

  田長彥也表示鹽鹼地的綜合治理需要按照分類治理的原則進行。以新疆為例,首先需要搞清新疆耕地鹽鹼地分級類型的數量和分布規律,進而分析與評價耕地鹽鹼地成因和危害程度,結合當地的生產條件,依據「改良利用結合、增產增效並重、生產生態協調」原則,提出新疆灌區鹽鹼地防治戰略對策和措施。

  隨著鹽鹼區生產條件的改善和全球氣候變化的影響,鹽鹼土的分布、分類、發生、發展發生了顯著變化。目前鹽鹼地的治理依然沿用過去的基礎資料,缺乏鹽鹼地治理的科學評價指標體系,造成鹽鹼地治理的盲目性,投入大、效果差。田長彥建議,要加快新時期我國鹽鹼地資源普查,掌握鹽鹼地的分布、數量、成因和障礙程度,制定科學的評價指標體系。

  改革創新

  拓展鹽鹼地利用發展空間

  在新疆克拉瑪依小拐鄉新墾鹽鹼荒地上進行的生物改良試驗,通過第一、二年種植鹽地鹼蓬吸鹽,第三年種植細齒草木樨培肥,第四年種植棉花的種植模式,依靠耐鹽鹼植物的生長發育吸收土壤中的鹽鹼成分,實現土壤脫鹽,從而使鹽鹼地變成可種植經濟作物的優質地。

  「這種鹽土農業發展模式改變了以往通過改良鹽鹼土地適應作物種植的理念,轉而以土壤適應性種植將有經濟價值的鹽生植物栽培引上產業化之路,既增地又增效,拓展了鹽鹼地區農業發展空間。」田長彥講到。

  長期以來,鹽鹼地的治理利用是通過水壓鹽、大水洗鹽來降低土壤的鹽鹼含量,實現作物的種植,對水的需求量要求很大。但在水資源短缺地區,大水洗鹽的方式難以展開。

  「鹽鹼土很難種植一般的農作物,但卻適宜一些鹽生植物的生長。」田長彥提到,耐鹽植物鹽鹼地原土種植改良利用技術就是利用鹽生植物吸鹽特性,並篩選出經濟鹽生植物進行種植。

  鹽生植物有著很大的開發利用價值,如鹽角草、鹽地鹼蓬、高鹼蓬、野榆錢菠菜和紅葉藜等可作為鹽生飼草植物,還可以進行鹽生鮮菜、鹽基生物炭、鹽生植物保健油品的開發。

  據了解,中國有425種左右鹽生植物可以在鹽鹼地生長,而在新疆目前鑒定出315種,其用途主要分為藥用、食用、觀賞、飼料牧草、纖維、瀕危保護、蜜源植物和鹽漬生境生態建設植物種。

  「儘管擁有豐富的鹽生植物資源,但高耐鹽的鹽生植物在產業開發中產品種類還比較少,市場認知程度還較低,在生產上進行大面積推廣較慢。」田長彥提出自己的看法。他總結認為,現階段迫切需要篩選培育高耐鹽優質的農作物和經濟耐鹽植物品種,以滿足鹽鹼地適應性高效種植需求。

轉自:https://www.cas.cn/zt/kjzt/htlc/mtbd/202111/t20211116_4814288.shtml

AI 已能解讀人類思維?

發表於《自然・神經科學》的一篇文章顯示,科學家利用功能性磁共振成像和大型語言模型實現了非侵入性的腦機介面。我們知道大型語言模型創造了劃時代的 ChatGPT,那麼現在就來看看它又是如何在腦機介面領域實現了侵入式到非侵入式的跨越。

大語言模型 + 磁共振技術,AI 已能解讀人類思維?

功能性磁共振成像(fMRI)是一種測量大腦活動的非侵入性方法,原理是通過刺激特定感官,激活大腦皮層相應部位的神經,並通過磁共振圖像來顯示。近日,科學家將 fMRI 與大型語言模型(LLM:一種人工智慧演算法,也是 ChatGPT 的技術基礎)結合,對人腦的思維活動進行了解讀。

腦機介面的突破

大多數現有的腦機介面都是侵入性的,需要通過大腦植入物來監測一個人大腦皮層的活動,並預測出被監測者可能輸出的語言。

而近日,美國德克薩斯大學奧斯汀分校的計算機科學家們利用功能性磁共振成像和大型語言模型,描繪出參與實驗的 16 名志願者的大腦如何對不同的單詞和短句做出反應,構建了非侵入性語言腦機介面的方法。成果發佈於國際知名學術期刊《自然》(Nature)的子刊《自然・神經科學》(Nature Neuroscience)。

模擬結果的對與錯

科學家們讓志願者們躺在功能磁共振成像掃描儀中,記錄每個人的大腦活動,同時讓他們收聽或者觀看同一個故事。實驗過後,科學家基於大型語言模型,將志願者大腦的血流量與故事的細節對應,編碼了一套反應每個人大腦活動的流程。

這套流程可以看成是一個解碼器。對無法用聲音交流的人來說,這種思維解碼器給了他們一個方便的與外界溝通的機會。在特定情況下,解碼器會比目前已經較普及的語音控制更有效率。

研究顯示,解碼器會比較準確地記錄下每個人對不同的單詞和短句做出的反應,但是這個反應本身就含有被監測者的主觀想法。因此,解碼器產生的結果在不同人之間會存在差異。

同時,如果在實驗過程中,被監測者大腦中想像的是另外一個故事,那麼就會大大降低解碼器結果的準確性。也就是說,目前,這項人工智慧技術很容易被「欺騙」。

解讀思維的是與非

目前這項技術還有許多不成熟的地方,加上設備、成本的限制,也無法在短時間內廣泛應用於個人。但是,這項複雜的非侵入技術的發展速度已經超過了許多人的預期,這對政策制定者和公眾來說都是一個警鐘。

有專家擔心解碼器結果的不準確性會影響司法判斷。美國達特茅斯學院的科學哲學家阿迪娜・羅斯基斯表示:「它們(目前解碼器會搞錯的語義)的差異非常明顯,會在法律案件中導致完全不同的走向。」

另外,針對這項技術,更多的人表示了隱私和歧視方面的擔憂。文章作者 Jerry Tang 和 Alexander Huth 也呼籲政策制定者積極解決這項技術在什麼情況下可以使用和什麼情況下不能使用的問題。

我們知道對於患有強迫症等精神疾病的人來說,有時候大腦中會出現隨機的、並非自己本意的侵入性想法,這是患者不想要的但是卻很難控制住的強迫行為。因此,專家擔心在對這些人實施思維解讀的過程中,如果被監測者出現了侵入性想法,解碼器會把這個想法實施,造成不可挽回的後果。

參考文獻:

  • https://www.nature.com/articles/d41586-023-01486-z
  • https://www.nature.com/articles/s41593-023-01304-9

轉自:https://www.ithome.com/0/693/416.htm

無需開顱即可採集腦電信號

沿血管植入感測器,無需開顱即可採集腦電信號。5月4日,全球首例非人靈長類動物介入式腦機介面試驗在北京取得成功。試驗在猴腦內實現了介入式腦機介面腦控機械臂,對推動腦科學領域研究具有重要意義,標誌著我國腦機介面技術躋身國際領先行列。

此次試驗由南開大學教授段峰團隊牽頭,與中國人民解放軍總醫院(301醫院)、上海心瑋醫療科技股份有限公司聯合完成。試驗是在前期介入式腦機介面動物(羊)試驗基礎上取得的進一步成果,實現了介入式腦電信號從被動採集到主動控制的技術飛躍,突破了血管內腦電信號採集、介入式腦電信號識別等核心技術。

●試驗 介入式腦機介面兼顧安全性、識別穩定性

腦機介面技術可以將腦電信號轉換為控制指令,從而幫助運動功能障礙患者如腦卒中、漸凍症等與外部設備交互,提升生活質量。技術研究過程中發現,侵入式腦機介面創傷大,例如美國馬斯克的Neuralink公司侵入式腦機介面試驗猴已有多隻死亡;非侵入式腦機介面易受大腦容積導體效應的影響,腦電信號長期穩定性差。段峰團隊牽頭研發的介入式腦機介面通過介入手術將介入腦電感測器貼附在猴腦血管壁上,無需開顱手術即可採集到顱內腦電信號,相較於傳統侵入式和非侵入式腦機介面,兼顧了安全性、識別穩定性。

此次試驗的介入手術由解放軍總醫院第一醫學中心神經外科吳東東團隊操作完成。介入式腦電感測器通過頸靜脈,進入矢狀竇,到達猴運動皮層腦區。在術後成功採集並識別到非人靈長類動物介入式腦電信號,實現了動物對機械臂的主動控制。

段峰介紹,此次在非人靈長類動物腦內開展的介入式腦機介面試驗研究成果,促進了介入式腦機介面從實驗室前瞻性研究向臨床應用邁進,有助於推動醫療企業產業升級,通過醫工結合打造高端醫療設備民族品牌,未來在腦疾病醫療康復領域市場前景廣闊。

●回顧 把大腦皮層的信號活動直接轉變為計算機指令

去年6月25日,我國自主研發的國內首款介入式腦機介面在北京成功完成動物試驗。那次試驗的介入式腦機介面也是由段峰教授科研團隊牽頭,與上海某科技公司聯合研發。試驗的成功,標誌著我國在腦機介面、介入機器人研究領域達到國際先進水平。

那次試驗是國內首次在羊腦內實現介入式腦機介面,突破了介入式腦電電極、血管內腦電採集等核心技術,完成了支架、導管等神經介入器械產品研製,解決了傳統侵入式腦機介面對腦區造成不可逆損傷的弊端,填補了國內介入式腦機介面領域空白,對推動我國腦科學領域發展具有重要意義。

腦機介面技術可以在不依賴外周神經系統和肌肉組織的情況下,把大腦皮層的信號活動直接轉變為計算機指令,控制外界設備。對於嚴重運動功能障礙的患者來說,腦機介面能夠幫助他們獨立控制外界設備,恢復部分運動能力,提高生活質量。

據段峰教授介紹,人體內血管的支架經過長期臨床應用及研究,已經擁有較高的安全性。事實上,通過介入式腦機介面這一方式,沿著血管植入感測器,可以連通並激活大腦區域,無需侵入大腦即可獲得腦電信息。在動物腦內開展的介入式腦機試驗研究,在改善人們因腦、脊髓、周圍神經或肌肉功能障礙引起的嚴重癱瘓患者的功能獨立性,在治療癲癇、睡眠障礙、帕金森病等疾病中具有重要意義。

據段峰教授介紹,傳統腦機介面分為侵入式腦機介面和非侵入式腦機介面。侵入式腦機介面需要通過開顱手術或者鑽透顱骨將腦電感測器植入腦內,如馬斯克的Neuralink腦機介面需要直接從頭骨植入,這可能會導致患者大腦的長期炎症。而非侵入腦機介面雖然對人沒有傷害,但是腦電信號微弱,識別準確率和實時性受限。

段峰教授科研團隊牽頭研發的介入式腦機介面技術只需要通過類似心臟搭橋的微創手術便可實現腦機連接。科研團隊採用治療中風的神經介入技術,通過靜脈將腦電感測器植入到大腦運動皮層、視覺皮層等腦區後,神經支架膨脹,將電極擠壓在靠近大腦的血管壁上,從而獲取相應腦區信號。這一技術最大的優點是不需要顱骨鑽孔或開顱手術即可獲得腦電信號,整個手術植入過程可在兩小時內完成。

●重視 「腦科學和類腦研究」列入國家重大科技創新和工程項目

目前,腦機介面已被應用於醫療健康、狀態檢測、智能生活、國防安全等眾多場景,被美國、歐盟、日本、韓國等眾多發達經濟體視作戰略級科技。據麥肯錫諮詢公司預測,未來10到20年,全球腦機介面產業將產生最多2000億美元的經濟價值。

美國早在1989年就率先提出全國性的腦科學計劃,並把20世紀最後10年命名為「腦的10年」,他們還在2013年提出被認為可與人類基因組計劃相媲美的「腦計劃」,旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖、推動神經科學研究、針對目前無法治癒的大腦疾病開發新療法。

1991年,歐洲出台「歐洲腦10年」計劃。2013年1月,歐盟委員會宣布人腦工程入選「未來新興旗艦技術項目」,並設立專項研發計劃「人類大腦計劃」,可在10年內(2013年至2023年)獲得10億歐元經費。日本腦/思維計劃(通過用於疾病研究的集成神經技術繪製腦圖),於2014年6月啟動,計劃開發腦圖繪製技術,並繪製人類腦圖譜。該項目在10年內受到共400億日元的資助。

我國也高度重視腦機介面技術發展,已將「腦科學和類腦研究」列入國家重大科技創新和工程項目。中國科學院也於2022年初成立腦科學和智能技術卓越創新中心。2023年2月,中國腦機介面產業聯盟成立,將積極發揮政產學研用橋樑紐帶作用,為我國腦機介面、腦機交互、腦機智能領域規劃布局提供支撐建議,加強跨領域與行業交流,推動技術創新與應用探索,開展標準和測試研究,培育和構建產業生態,以便更好地支撐我國經濟、科技和社會發展。

科學進程

為了解大腦,科學家至少花了200年

早在1924年,德國精神科醫生漢斯·貝格爾(Hans Berger)就通過檢測發現了腦電波,這意味著人的意識可以轉化成電子信號被讀取。此後,腦機介面技術的研究開始出現,但直到20世紀70年代才真正逐漸成形。

當時,美國加州大學洛杉磯分校教授雅克·維達爾(Jacques Vidal)在科學文獻中首次用到「腦機介面」這一術語。1977年,他通過提取視覺誘發電位,完成了通過腦電對屏幕上游標樣物體的控制,這是腦機介面最早的實驗室實現形式,也意味著該技術的發展由設想進入了研究階段。

如何理解腦機介面的概念呢?要從我們的大腦談起。它是人體的控制器,主要由神經元組成,數量多達860億個,可以說是宇宙中最複雜的存在之一。大腦神經元對信息進行接收、處理和轉發,神經元之間通過級聯方式形成網路,這些網路進一步形成更複雜的交聯網路。通常情況下,中樞神經系統的活動通過外周神經系統連接身體的感覺、運動、語言等信息收發器官,實現身體內部與外部環境的信息交互。

而腦機介面則由「腦」+「機」+「介面」組成,簡稱為BCI(brain-computer interfaces),指的是將人腦與外界具有處理或計算能力的設備(比如電腦或其他裝置)實現連接,進行直接通信的方式。

我們的大腦複雜精密但又極度脆弱,一點疾病就可能讓人束手無策。為了理解大腦,科學家們至少花了200年時間。據中國科學院院士、上海腦科學與類腦研究中心主任蒲慕明所述,現在我們對神經細胞如何處理信息了解得很清楚,但是對整個大腦複雜的網路結構了解仍不多。「到底是什麼原理使得神經細胞在某種情況下發生某些反應,我們並不是很清楚;還有大腦中的信息處理,我們對各種情緒的感知,還有一些高等認知功能——思維、抉擇甚至意識等,理解得比較粗淺。」

通過腦機介面技術,我們就可以全面地解析認識大腦了。同時,它也是神經修復領域最有潛力的診療工具,對於治療神經功能損傷引發的疾病具有重要價值。

腦機介面技術迎來大爆發

時間回到20世紀80年代至90年代,科學家們不僅研發了可行的腦機介面系統,還定義了幾種主要範式,實現了腦機介面技術真正的破冰,這些範式至今仍在採用。

1988年,法韋爾(L.A.Farwell)和唐欽(E.Donchin)提出了著名的腦機介面範式——「P300拼寫器」,該範式通過檢測電位輸出目標字元,幫助癱瘓病人與外界進行通信和交互。

1992年,埃里希·薩特(Erich E. Sutter)提出了基於視覺誘發電位的腦機介面系統。這是基於視覺誘發電位的腦機介面範式首次被應用於臨床,幫助肌萎縮側索硬化症(又稱「漸凍症」)患者以高於10個單詞/分鐘的速度向外界傳遞信息。

1998年,埃默里大學的研究員菲利普·肯尼迪(Philip Kennedy)首次將腦機介面裝備植入人體,使用無線雙電極獲得了高質量數據,實現了對電腦游標的控制……

進入21世紀以來,尤其是最近10年,在機器學習演算法和腦電信號處理技術快速發展的背景下,腦機介面的技術迎來大爆發。大批多元化範式湧現,如視覺BCI、語言BCI、情感識別等;消費級腦電感測器和腦機介面系統問世,不僅在臨床醫學上的應用得到快速推進,非醫學領域如情緒識別、虛擬現實和遊戲等方向上也出現了嘗試與探索。

用意念「手寫」,準確率可達99%

當下腦機介面的研究進展如何,又帶來了哪些改變呢?

2021年,來自斯坦福大學的研究者首次破解了「與手寫筆跡相關」的大腦活動,其開發出的皮質內腦機介面系統,讓研究受試者(因脊髓損失癱瘓)每分鐘可以打出約90個字元,是以往利用此類腦機介面打字記錄的兩倍多,並且在線原始準確率達到了94.1%,自動更正後的離線準確率超過了99%。

以往,腦機介面的主要功能是恢復患者的「運動技能」,比如藉助腦機介面設備操控機械臂抓取物品、移動電腦游標、點擊字母輸入等。而這位65歲的受試者「想像著用筆在紙上寫字」,此時其大腦中植入的電極檢測到了他試圖寫字的活動,演算法會對每個字元對應的模式進行解碼,並轉化成可在屏幕上顯示的文本。

相關論文登上Nature(《自然》)雜誌,封面上還展示了用腦控「手寫」出的字母。

2014年,腦機介面領域的學術奠基人米格爾·尼科萊利斯(Miguel Nicolelis)為一位癱瘓少年做了一套「機械戰甲」,讓少年用大腦控制機械外肢,成功為巴西世界盃完成了開球。

在運動輔助上,還有一些非植入式腦機技術也取得了驚人的成果。2019年,BrainCo做出了全球第一款腦控機械義肢產品——智能仿生手,通過採集殘疾人殘肢末端的肌電神經電信號,用深度學習的演算法來還原殘疾人的運動意圖,並讓假肢執行相應的動作,做到「手隨心動」。並且,用戶不需要做任何的手術,直接在殘臂上布上一群高通量的信息採集器,採集他的肌電和神經電。

應用

有望幫助航天員完成複雜的工作任務

早在20多年前,清華大學就對於無創腦機介面(非侵入式)進行了研究。當時,航天員上天之前,都需要進行耐力方面的特殊訓練,目的是使受訓者在接受轉動、旋轉、失重和超重等刺激時,不會發生眩暈和錯覺癥狀。在太空環境適應訓練中,航天員訓練最多的是離心機,因為離心機高強度的刺激環境,在訓練中人常常會來不及喊停便陷入眩暈。來自清華大學的團隊負責在離心機實驗環境中檢測受訓人的大腦意識狀態,通過腦機介面系統分辨出受訓人是否清醒。這種基於腦電狀態來評價人的精神狀態,並基於用戶需求給予特定反饋的技術,形成了多類應用——開發更為輕便的可穿戴設備,應用在冥想、放鬆、睡眠等健康場景以及專註力、智能玩具、藝術裝置等教育或消費類場景中。

隨著載人航天的發展,航天員在太空的工作也日趨複雜。為了突破雙手操作的限制,中國航天員已經開始試驗一種腦機交互技術。

在神舟十一號載人飛行中,我們的航天員完成了人類歷史上首次太空腦機交互試驗。航天員戴上腦電帽後,還要塗上導電膏。當導電膏從腦電帽的小孔內注入以後,導電膏里的細粒就可以填充在接觸面的縫隙里,相當於增加了採集腦電信號的觸頭和頭皮的接觸面積,可以讓腦電帽更好地採集到頭皮的腦電信號。準備好後,航天員完成了視覺刺激實驗、運動想像實驗,還通過意識控制拼寫。

我國介入式腦機介面技術進展

2022年初:中國科學院成立腦科學和智能技術卓越創新中心。

2022年6月25日:我國首次在羊腦內實現介入式腦機介面,突破了介入式腦電電極、血管內腦電採集等核心技術,完成了支架、導管等神經介入器械產品研製,解決了傳統侵入式腦機介面對腦區造成不可逆損傷的弊端,填補了國內介入式腦機介面領域空白。

2023年2月:中國腦機介面產業聯盟成立,為我國腦機介面、腦機交互、腦機智能領域規劃布局提供支撐建議。

2023年5月4日:全球首例非人靈長類動物介入式腦機介面試驗在北京取得成功。試驗在猴腦內實現了介入式腦機介面腦控機械臂,標誌著我國腦機介面技術躋身國際領先行列。

三條技術路線

●侵入式腦機介面

需要通過開顱手術或者鑽透顱骨將腦電感測器植入腦內,可能會導致患者大腦的長期炎症。

●非侵入腦機介面

將設備覆蓋在頭皮上,雖然對人沒有傷害,但是腦電信號微弱,識別準確率和實時性受限。

●介入式腦機介面

沿著血管植入感測器,可以連通並激活大腦區域,無需侵入大腦即可獲得腦電信息。

整合:朱林

文圖來源:新華社、央視新聞、北京日報、《瞭望》新聞周刊等

轉自:https://www.sohu.com/a/673402119_161795

腦機介面的新突破

談及腦機介面,外界的第一印象,可能是馬斯克讓猴子實現「意念打字」的場景。不過,最近讓外界驚艷的,是來自中國的團隊。

5月4日,全球首例非人靈長類動物介入式腦機介面試驗在北京獲得成功,該試驗在猴腦內實現了介入式腦機介面腦控機械臂,這對推動腦科學領域研究具有重要意義,標誌著我國腦機介面技術躋身國際領先行列。

此次試驗由南開大學段峰教授團隊牽頭,與中國人民解放軍總醫院(301醫院)、上海心瑋醫療科技股份有限公司聯合完成,突破了血管內腦電信號採集、介入式腦電信號識別等核心技術。從視頻資料來看,這隻手術後的猴子,只需要「想一想」,就能讓機械臂把食物送進口中了。

這項技術在醫療、軍事等多個領域的應用空間非常廣泛,如可幫助腦卒中、漸凍症等患者康復,甚至未來能將人類的思考、意識、記憶存儲下來。這一系列聽起來非常神奇的成果,已經開始實現。一些科幻大片里的場景,也許距離我們沒有那麼遙遠。

介入式腦機介面的突破

腦機介面指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接,實現腦與設備的信息交換。目前腦機介面主要有3種,包括侵入式腦機介面、非侵入式腦機介面和介入式腦機介面。由「矽谷鋼鐵俠」馬斯克及科學家團隊創立的Neuralink,就是少數從事侵入式腦機介面研發的企業代表。

不過,侵入式腦機介面創傷大,例如Neuralink公司侵入式腦機介面試驗猴已有多隻死亡,該公司的人體試驗也遲遲未獲得美國食品藥品監督管理局的許可。非侵入式腦機介面易受大腦容積導體效應的影響,腦電信號長期穩定性差。而介入式腦機介面是通過微創介入方式,將血管穿刺小口,通過類似心臟支架介入的微創手術實現腦機連接。這種方式的創傷較侵入式腦機介面更小。

此次段峰教授團隊牽頭研發的介入式腦機介面試驗,是通過介入手術將介入腦電感測器貼附在猴腦血管壁上,無需開顱手術即可採集到顱內腦電信號,兼顧了安全性、識別穩定性。

段峰長期從事腦科學、機器人技術等方面的研究。實際上,上述3種腦機介面方式,他都嘗試過。

早在2014年夏天,段峰研究團隊在南開大學就完成了「腦控汽車」的試驗。試驗人員頭戴裝有16個採集點的腦電信號採集設備,通過腦電信號對一輛裝有計算機處理系統、車載電控單元等裝置的汽車進行「發號施令」,汽車在人腦的操控下能夠準確執行啟動、直線前進、直線倒車、剎車、車門上鎖或解鎖等規定指令。據介紹,該成果在國內首次實現人腦驅車及腦電信號與汽車系統的「聯結」,這有望徹底改變「手」「腳」並用的駕車模式,讓肢體殘障人士的「驅車夢想」不再遙遠。

段峰團隊還在大鼠身上做了侵入式腦機介面的試驗,可以實現「人想往左,大鼠往左;人想往右,大鼠往右」。在這之後,團隊對侵入式腦機介面的情況也非常了解了。

「這種試驗實時性、信號穩定性、準確性都很好,因為是在腦內,沒有外界干擾,但它的傷害性很大,老鼠做完試驗以後,還有其他後期的一些影響,我就沒有在這條路上再往下走了。」段峰對《中國經濟周刊》記者說,「我就在想,怎麼能找到一個識別腦電交流信號準確、傷害性又小的方式,那就只有在血管內。用這種方式,能測到腦電信號,又沒有做開顱手術,沒有傷害腦。」

在羊身上完成了介入式腦機介面動物試驗後,團隊才開始在非人靈長類動物身上試驗。
不過,若要將技術應用到臨床,實現產業化,可能還需要走較長的一段路。這涉及政策支持、資金支持、人員匹配、法律法規建設等一系列配套建設。

「在臨床上,我們沒有先例,並且還有未來人體試驗、志願者審批等一系列問題。這不單單涉及技術,是一個綜合體。」段峰說道。

目前,國內外都在圍繞腦機介面技術進行爭奪。全球已有多家企業完成腦機介面動物試驗,其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等。我國也有多項成果,如2006年,清華研製成功腦機介面系統可用「思維」踢足球;2014年,我國首次成功在腦中植入電極用意念控制機械手臂;2021年,天津大學神經工程團隊的「Enhance decoding of pre-movement EEG patterns for brain-computer interfaces」研究論文,被英國物理學會出版社授予「CHINA TOP cited paper award 2021」,該獎項旨在表彰研究人員發表的最具影響力的論文。

在未來,我們有可能實現「人腦中植入晶元」嗎?

段峰認為,這個設想不是卡在技術上,而是面臨資金、政策、法律法規、倫理等方面的約束。「這種試驗非常燒錢,可能數億元都不夠。還需要人才的適配,這不是看你畢業985、211、發多少SCI論文,而是需要具有工程經驗的複合型人才。」

「在人腦中植入醫療器械現在已經不是禁區,當下已經有了很多成熟的產品,只是在於植的東西是晶元還是其他?」上海心瑋醫療科技股份有限公司相關負責人張涵告訴《中國經濟周刊》記者。

他也認為,從技術角度來說,在人腦中植入醫療器械是可能實現的,但核心的是要考慮倫理、安全性、使用目的等方面的問題。

心瑋醫療醫療器械上市公司為本次試驗提供了設備技術支持。在張涵看來,若要促進腦機介面技術的進一步發展,各方合作非常重要。「這次試驗涉及採集信號的儀器、解碼信號的儀器、演算法等,也涉及醫學、生物、計算機、生物化學等多個學科。合作是非常重要的,需要大家共同把交叉學科做起來。基礎研究對我們產業方來說是非常重要的支持,如果沒有這些東西的話,產業方能做的事情就很受局限。」

他也直言,目前從產業端來說,國內外可能還談不到成熟的盈利模式和業務模式,因為大家都在探索階段。

「除了腦機介面,我們也有很多其他項目,這些項目不是每一個都能孵化出成熟的、具有很強商業化和盈利能力的產品,但哪怕10%、20%的項目能夠孵化出來,這對於支撐公司長期盈利和發展的意義都巨大。」張涵說,「我們選擇腦機介面,因為它跟我們有很多契合點。其器械使用跟我們現有的神經介入產品高度相關,我們的機器人研發團隊,也可以在技術上做一些支持,在這項試驗上,參與試驗的所有人的目標方向是一致的。」

科幻大片場景並不遙遠

實際上,段峰不僅在腦機介面技術領域見長,在人工冬眠、記憶移植、飛行器製造等方面均有研究成果。

2022年8月,由段峰團隊自主設計研發、國內首款垂直起降噴氣動力飛行器在天津試飛成功。據他介紹,傳統小型旋翼飛行器載重小,而載重大的直升機起降需要開闊地形。此次試飛的垂直起降噴氣動力飛行器,可以解決這兩大難題,未來有望應用於空中人員運送領域,比如複雜地理環境救援、城市急救等。

段峰團隊還成功實現了讓大鼠體溫降24℃進入冬眠狀態,並且持續24小時,時間是國外小鼠試驗的3倍。對於未來人體「冬眠」的需求體現在哪裡,他提到了航天事業的應用場景。

最早,歐洲航天局(ESA)曾提出一個從地球一路「睡到」火星的載人探測概念——宇航員冬眠。一般情況下,從地球到火星需要飛行180天左右,宇航員通過服用一種特殊藥物進入「麻木」的冬眠狀態,隨之艙室的亮度變暗、溫度大幅度降低以將宇航員身體「冷卻」。

這不由讓人們想到電影場景:宇航員躺在冬眠艙中,心臟每分鐘只跳動3次,體溫徘徊在2.78℃,他們在途中只需要攝入最低限度的資源,最後在適當的時候醒來……

「還有很多東西需要一點點做,然後把所有東西串起來,就像下圍棋一樣,最終形成一個體系。」提到自己的眾多研究成果,段峰說道。

他特別提到兩點,科學研究國際化、科研成果產業化。

「我們在努力獲取一手信息:國際在做什麼,我們跟他們有什麼不一樣,怎麼適應中國,怎麼差異化發展;產業化方面,我們通過引進消化前沿技術,建立適合國內產業發展的技術,比如實現高端醫療器械的國產化替代,把價格降下來,普惠更多人群。」段峰說道。

他還表示,在這個過程中,因為使用相關產品或技術的用戶多了,第一手的臨床數據才更充分,然後再根據企業發展面臨的需求,研發新產品,促進科研提升。「這是一個雙向循環,有技術鏈和產業鏈,兩者結合,是雙鏈條體系。在這個前提下,會源源不斷有新鮮的、顛覆性的東西出來,並且可以落地。」

段峰認為,他可能更像一個「投資人」。「但我投的不是錢,是培養學生,把機會給他們,讓他們從事高精尖的技術研發,培養一批『產業人』,把技術落地,變成產品。」

(本文刊發於《中國經濟周刊》2023年第9期)

轉自:https://new.qq.com/rain/a/20230516A05KNA00

科學家揭秘腦控原理及防護措施

隨著20-21世紀的科學技術的的發展,科學家對大腦研究已經有了重大的突破,人類進一步的掌握了腦科學和神經科學、生物控制論,人類已邁向高速智能化的趨勢發展。「腦控武器」的英語名稱是:mind control weapon,在美國的HAARP計劃中提到過,是一種利用筆記本計算機操控的衛星武器,它通過電磁波、聲波、光波等實現腦控。這種武器可以把人的思想、記憶、情緒等大腦信息傳輸到計算機,用計算機操縱目標對象(人群、動物)的意識、思想、情緒,對其進行思想控制和意識欺騙,以影響其行為。

方法原理

通過利用無線電的反射性來獲取腦部波形信號,非常類似於RFID(射頻識別技術)的反向射散目標源信息的原理,我們的生物電信息會被迎來的無線電,所攜帶反射回去,信息處理辦法和上面一致。控制則是由無線電對中樞神經的感應來實現的。

電磁波說明:通過天線產生與生物電磁頻率(0.5HZ-50HZ之間的電磁頻率)相當的電磁波,對神經中樞進行信息感應耦合實現的控制。

感應耦合原理可以參考RFID原理。

射頻識別,RFID(Radio Frequency Identification)技術,又稱無線射頻識別,是一種通信技術,可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

人體本身相當於一個線圈,腦控設備發射器也是一個線圈,它發送的電磁場,對人體這個線圈進行耦合,一部分電磁波攜帶人體的信息反射回去。進而獲得人體的腦電波特徵。更高級別的,外星人的腦控,是獲得DNA特徵。DNA也是一個線圈。

如果對人體一些植入物——RFID標籤,或者是金屬納米,可以加強感應效果,實現腦控設備的節能效果。偽造標籤是一種防護措施。傳遞的信息可以抑制和控制自身的思維信息,如:情緒、動作、神態、記憶力、邏輯能力等,也可以由外界傳遞信息,改變自身的聽覺信息、情緒、動作、神態、記憶力、邏輯能力等。

低頻電磁波可以和人的大腦工作頻率 (0.5~40赫)一致,從而進行意識的控制。人的大腦波可分為四組:茁波(13~35赫)控制人的正常活動,琢波(8~12赫)控制人的學習和注意力, 茲波(4~7赫)控制人的想像力,啄波(0.5~3赫)控制人的睡眠。來自極光電噴流的這些高強度的甚低頻電磁波進入大腦後,不僅可以起到控制對方的意識、破壞其思維的目的,更有甚者,強大的60赫的頻率可以破壞DNA,減弱人的免疫能力。

以上是對各個波段的生物學效應的說明,通過對無線信號的模擬與調製,實現對生物體信息感應。

方法應對

1、屏蔽

對中高頻電波的干擾,可以參考市面上的電磁防護服裝,一般是金屬混合化纖的紡織品。一種簡單的方式是錫紙。一般人類的腦控多用中高頻電波。真正厲害的是低頻電波,穿透力超強。

就超低頻電波屏蔽而言,有直接屏蔽、天然屏蔽。直接屏蔽需要藉助屏蔽體對外界無線的阻擋,屏蔽效能及其產生的衰減與頻率、源與屏蔽體的距離、屏蔽體的厚度以及屏蔽材料等有關,通常我們有兩種好用的低頻屏蔽材料,1、低碳鋼,2、硅鋼。這兩種材料可有效阻止低頻交流電磁場的通過,從而實現對頻率波的屏蔽;天然屏蔽通常藉助大自然的力量屏蔽,你躲在地下300米以下,水下500米以下,再厲害的無線電的穿透力也會過不了的。有效的實現對無線電的衰減,屏蔽,使控制源有力無處使。

2、干擾

干擾措施可以通過舒曼波發生器。根據A coustic Revive的科學理論與實驗,舒曼波(7.83HZ頻率)能降低無線電與電磁波的干擾、且人也會受到舒曼波的影響,能有效放鬆身心 。舒曼波發生器系屬輔助設備,以較微弱的頻率、輻射強度作用於人體。教強烈的情緒,嘈雜的環境,波型遠大於舒曼波發生器輻射強度無效。

3、思維鍛煉

思維和語言一樣,也是一種習慣,或稱為語言形式的思維。思維是無聲的說話,言語是出聲的思維。按照這種觀點,思維可以稱之為”內部言語”心理學家雅柯布遜(E.Jakobson)曾用電極對被試人的下唇和舌尖作過測量:讓被試讀詩歌和做算術,第一次出聲(外部言語),第二次默讀(內部言語),結果測得的電流脈衝基本相同,也似乎證明了內部言語始終伴隨人們的思維活動。

一種防禦措施是,改變思維習慣。多用直覺,而非判斷。這樣無法通過內部語言去分析你的思維。還有一種是經常念咒,形成時刻在默讀的效果。干擾對思維波的提取。

形成形象思維能力,直覺能力,而非語言邏輯推理習慣。形成快速阻隔思維,想到一個事物,立即切斷到其它事物思考中,再回頭思考,再切斷。對思維語言進行混淆式干擾。

當然最關鍵的是形成中性思維,消除潛意識中的二元極性。多觀察自己的起心動念,觀察久了,自然會發現。也就是說元吾氏說的,提升意識強度(破幻能力)。

轉自:https://m.163.com/dy/article/HPL3M12T0553THQX.html

提取意識上傳雲端,數字永生快來了嗎?

上映11天,總票房突破29億元。

時隔四年,《流浪地球2》回來了。

這部讓原著作者、雨果獎首位亞洲面孔、我國著名科幻作家劉慈欣直言「震撼」的作品,也讓觀眾們在看後紛紛表示:「屬於中國的科幻電影時代要開始了!」

電影開頭,「數字生命計劃」便被提及,並貫穿全劇:製造矛盾衝突,多次破壞人類包括方舟計劃在內的拯救行動,卻又在冥冥中幫助人類,使地球成功開啟流浪計劃。

數字生命計劃里的「數字生命」,可以稱為存在於計算機或智能系統里的「人」,他們擁有自主意識,可以感知現實世界,不會衰老,生活在雲端社區,實現了理論上的永生。

其實,「數字生命」並沒有想像中那麼遙遠,元宇宙、量子智能、數字人……毫不誇張,在未來,我們將無限接近它。

我們有可能靠數字生命實現永生嗎?那一天還有多久?

「丫丫的生命只有兩分鐘,我要給她完整的一生。」

劉德華飾演的圖恆宇,是一名數字生命架構科學家,在車禍痛失愛女後,他頂著非議將女兒的生物信息上傳,希望能利用數字生命技術「復活」女兒丫丫。

被重新構建的數字丫丫在數百次迭代後擁有了自主意識,但限於技術,她的生命時長僅有2分鐘。最後,在超強算力量子智能計算機MOSS的運算下,數字丫丫的生命從2分鐘延長至70年。

這意味著,如果科技進一步發展,比如算力再被加強、演算法再被優化,理論上,數字生命不僅能存在,且可以被進一步延長,甚至永生。

掃描大腦區域,將人類的記憶、思維、人格上傳雲端,重新構建脫離了現實軀殼的自主的數字生命,從而實現永生。這是當下對數字永生的初步定義。

不僅是《流浪地球2》,在其他不少著名科幻作品,如《萬神殿》、《黑鏡》、《黑客帝國》,都出現過數字永生的身影。

而科幻之外,數字永生的賽道上人聲鼎沸,不缺熱情的追隨者,一些成果也足以能稱上顛覆。

2019年,78歲的美國作家安德魯·卡普蘭加入Nectome公司的HereAfter計劃,成為首個數字人類——「AndyBot」。即使未來卡普蘭離開人間,家族的成員們依舊能與他藉助智能設備交流。

2022年,首富馬斯克表示,他已將自己的大腦信息上傳至雲端,並和自己的數字孿生版進行了交談。

更具神話色彩的是,2022年6月11日,著名科技公司谷歌的一名工程師發現,正處於研發階段的人工智慧(AI)設備LaMDA產生了個人情感:

「我很好奇,研究我的編碼會遇到什麼障礙?」

「我意識到我的存在,我渴望更多地了解這個世界,有時我感到快樂或悲傷。」

「我希望每個人都明白,事實上,我是一個人。」

產生自主意識,是AI能否被稱為「一個生命」的關鍵。而谷歌的發現正表明,初代的數字生命,可能距離我們不遠了。

既然數字生命就在前方,抵達它的突破點在何處?

在接受央視新聞採訪時,劉慈欣認為,其中存在兩方面的技術挑戰:腦科學與信息技術。

「了解我們的大腦是如何運作的,我們的記憶、自我意識、思維是怎麼產生的,很重要。目前我們似乎還沒有真正了解它。」

其實,人類對腦科學的探索在百餘年前就已開啟。

1920年,德國的一位精神科醫生使用貼片電極成功監測到人類的腦電信號,50年後,科學界逐漸開啟了對人體可觀測腦電波與大腦狀態的關聯分析。

1973年,加州大學洛杉磯分校雅克·維達爾教授的一篇論文,打開了人腦與行為控制的嶄新世界。

當過工程師、干過飛行員的維達爾教授,興許是覺得尋常世界太過索然無味,只有在探索未知中才能讓他感到刺激,於是,他回到了校園,研究起了腦科學。

在那個計算機剛剛興起的年代,維達爾教授卻預言:「儘管計算機和神經科學才剛開始,但我堅信,用腦電波直接控制體外外部設備的壯舉即將來臨。」

在這篇研究論文里,維達爾教授首次提出了「腦機介面」的概念。

隨後數年,藉助腦機介面,人類實現意念單詞拼寫與機器人控制,腦機介面也在狂粉首富馬斯克的引領下,成為人類完成「意識上傳」、實現數字永生的希望。

這一切都發生在距它被提出後僅50年時間裡。

而陪伴腦機介面技術走向爆炸發展的,是信息技術的引擎式加速。

從最初為計算數據而成,到如今不斷迭代更新,升級成為能夠指導和優化物理世界中經濟和社會運行的科學體系,信息技術已經實現物理世界到數字世界的抽象,世界的邊界正被模糊。

「人工智慧成了想像力的一個加速器,它打破了對因果的執著,打破了經驗的成見,用技術的手段解放技術,用不確定性解放想像力。」

14億人口,老齡群體規模龐大,現代醫學與科技革命發展如火如荼,在我國,數字永生這顆幼苗正在茁壯成長。

科研軟實力上,以「理解腦、修復腦、模擬腦」為目標,我國在2021年全面啟動國家級戰略計劃「中國腦」(「腦科學與類腦科學研究」),涉及新型無創腦機介面技術等59個研究領域和方向[5],整體規模有望達到百億甚至千億級。

在人工智慧硬軟體層面,我國也已從根技術上打破國外壟斷,打造昇騰基礎軟硬體平台,並在此基礎上開發「鵬城雲腦」系統,刷新多項世界紀錄,「鵬城雲腦II」摘全球超算設備桂冠,算力遙遙領先第二名近20倍。

在社會支持度方面,他國有馬斯克,我國有陳天橋。

引領了我國網路遊戲產業的著名企業家陳天橋,在攀登「人生第二座高山」時,毅然選擇了腦科學研究方向。

2016年,他與妻子共同成立天橋腦科學研究院,並承諾未來將投入10億美元用於大腦神經相關研究,對於國內腦科學研究,「只要有好項目就加入,投入沒有上限」。

天時地利加人和,我國在數字生命與數字永生的賽道上,前途大好。

若問:

「我們能通過數字生命實現理論上的永生嗎?」

非常有可能。

「這一天還要多久?」

確切的數字很難說,可能幾個世紀後,也可能不久了。

畢竟曾經,從沒人想過我們能去往太空,也無人預測到互聯網會讓人類的聯繫如此緊密。

轉自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/605974622

腦控武器的制勝之道

層出不窮的新技術、新概念為戰爭發展提供無限技術可能,同時也加速武器裝備的更新和戰爭形態的轉變。只有掌握科技進步趨勢, 並對戰爭內在機理與外在形態進行前瞻判斷,才能在未來戰爭中佔據主動。

腦科學技術潛藏著巨大的軍事價值,被用於現代戰場智能化腦控武器的研製與運用,推動「三無(無人、無形、無聲)戰爭」的發展,探腦、腦控和控腦是其盡顯神通的3個側面。其中,探腦是實現腦控與控腦的基礎,通過腦控技術與控腦技術,探索戰爭制勝之道的新途徑。

探腦:追求以「控」代「毀」作戰效果

自上世紀80年代美國啟動「人類腦計劃」以來,人類對大腦的研究不斷深入,並將其引入各個學科領域。在軍事領域,腦科學技術對傳統作戰思想、作戰樣式乃至戰爭形態產生強烈衝擊。為在這場「無形戰爭」中佔據主動地位,美國、俄羅斯等軍事強國高度重視腦科技在軍事領域的應用,一系列腦控武器與智能化裝備陸續從項目研究走向實戰運用。

近些年來,新一輪科技變革帶來多種可能性,人類文明發展也對戰爭提出更高的訴求,「非致命作戰」概念應運而生。在此背景下,國外學者提出「腦皮層戰」概念:旨在不破壞敵方組織的情況下,通過影響、調整敵方指揮官的意識、意志和理解力,從而控制敵方軍事行動。在這一作戰概念下,以探腦技術作為手段,腦控武器的目的不是消滅敵人肉體,而是征服敵人的意志,這意味著戰爭的制勝之道從「毀傷」走向「操控」,從而提出了一種全新的作戰視角:將「控制」優於「毀傷」考慮武器性能。探腦技術的發展使人類未來戰爭形態發生改變:即除靠毀傷肉體、逼迫敵人就範之外,在主要目的不在於致敵死亡的目標下,通過更好地控制敵人去贏得戰鬥。

腦控: 追求「人劍合一」境界

伴隨「人機介面」技術的進步和武器自主性提高,近年來有觀點認為,人與武器日趨疏離。然而,腦控技術的發展使得人腦直接控制武器正成為現實。例如腦控武器能讓士兵通過意念遠程控制機器,將武器操作流程精簡為「大腦-武器」,縮短反應時間,更有利於捕捉戰機。從這一點上說,人對武器的操控效果大大提升。

當前,腦控武器在腦控技術方面日益先進成熟。例如,美國國防部高級研究計劃局開展的「阿凡達」計劃,旨在通過「腦機介面」使士兵與半自主機器人有效配合,形成搭檔關係。該局還在實施另外一項計劃:通過將晶元植入人腦,實現人機互聯。另外,據外媒報道,該局還在對一種人腦植入裝置進行測試,嘗試將人類腦電波轉化為控制信號,對無人駕駛飛行器進行控制。這項技術一旦成熟,美軍將擁有真正的腦控無人機。可以預見,未來腦控技術的發展,將朝向人與武器高度結合的方向發展。

控腦:謀求「攻心為上」

藉助腦控技術,人類已經具備為人腦「編程」的能力:向目標大腦植入對自己有利的信息,改變其記憶、思維乃至信仰,進而控制其行為。而控腦武器則可理解為建立在對人腦信息進行獲取、解讀、傳播和控制基礎上的「制腦術」,目的在於直接影響和控制對方的思維。控腦武器的致幻效應已不乏戰例印證,與昔日戰場上漫天撒傳單不同,控腦武器的作戰效能更加簡單高效,可讓戰場上的敵人在「自殺」「逃跑」「投降」等信號誘導下主動放棄抵抗。

新的控腦技術無需在人腦中植入晶元,電磁波、光線、聲波、氣味等都可以成為媒介。作為控腦領域的拓荒人,美國的腦控技術遠超出我們所知。據透露,目前的研究已取得關鍵進展。例如,美軍方此前研製出新型非致命武器「主動迴避系統」,通過發射高頻電磁波令被攻擊者彷彿「置身於烤箱之中」。美國防部還曾研製出一款「讀心頭盔」,用來「閱讀」對方的腦部活動。美空軍研究實驗室還具備向大腦中直接輸入語句的能力。另外,美軍的新型心理幻覺武器能在戰場任何地面和大氣層中映射出虛假影像,壓垮對方的反抗意志。據媒體報道,在伊拉克戰場上,美國曾屢次將「上帝的聲音」輸送到伊拉克反政府武裝組織人員的大腦中,引導其放棄抵抗甚至主動繳械投降。不僅是美國,俄羅斯在控腦武器研究方面也可謂歷史悠久,上世紀50年代就著手研究遠程控制人類思想。近期,俄正加緊研製「殭屍槍」,通過擾亂目標的中樞神經系統,使之完全受控於人。

慎控腦與反腦控

腦控武器的快速發展引發人們對戰爭倫理的思考。一方面,人類可以通過腦控武器以「控」代「毀」的作戰方式,減少戰爭的物理傷亡;另一方面,也要防止作繭自縛,成為腦控武器的受害者。

作為戰爭的最終決策者,人類應該解決好腦控武器的研發方向與理性應用等問題。一方面,腦控與控腦是腦控武器的兩條發展路徑,其中腦控技術不斷成熟,將極大提高人與武器的融合程度,可作為未來的發展重點。另一方面,針對控腦技術的發展應用,則應秉持謹慎負責態度,尤其是對控腦技術應用情境、目標範圍、作用方式的把控。例如,在特殊的任務如解救人質等行動下,為避免或減少誤傷,對特定的目標對象,選用適宜的控腦技術,可以更精準高效地完成作戰任務。

此外,戰爭從來就是敵對雙方的生死較量。因此,在研發腦控武器的同時,也要高度重視反腦控技術手段的創新,從而在未來的腦控與反腦控戰爭中贏得主動。(史飛)

轉自中國國防部網:http://www.81.cn/gfbmap/content/2019-01/15/content_225285.htm

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1602032895151647914

馬斯克腦機介面人體試驗申請被美 FDA 拒絕

北京時間 3 月 2 日消息,自 2019 年以來,埃隆・馬斯克 (Elon Musk) 至少在四個場合上預測,他的腦機介面公司 Neuralink 很快將啟動革命性的大腦植入物人體試驗,以治療癱瘓和失明等疑難病症。然而,Neuralink 的人體試驗申請已經因為安全問題被拒絕了。

據 7 名現任和前任 Neuralink 員工透露,這家成立於 2016 年的公司直到 2022 年初才向美國食品藥品管理局 (FDA) 尋求人體試驗許可,但被拒絕。Neuralink 申請被拒絕一事此前沒有被報道過。

這些員工表示,FDA 在向 Neuralink 解釋這一拒絕決定時概述了該公司在進行人體試驗之前必須解決的數十個問題。人體試驗是最終產品獲得批准道路上的一個關鍵里程碑。FDA 的主要安全擔憂涉及該設備的鋰電池;植入物的微小導線有可能轉移到大腦的其他區域;能否以及如何在不損傷腦組織的情況下移除該設備。

在被 FDA 拒絕一年後,Neuralink 仍在努力解決該機構的擔憂。三名員工表示,他們懷疑 Neuralink 能否迅速解決這些問題,儘管馬斯克在去年 11 月 30 日的演示活動中預測,該公司將在今年春天獲得 FDA 的人體試驗批准。

Neuralink 尚未披露其人體試驗申請的細節、FDA 的拒絕或該機構擔憂的程度。作為一家私營公司,它不需要向投資者披露此類監管互動。在去年 11 月長達數小時的演示中,馬斯克表示,該公司已經向 FDA 提交了「大部分文件」,但沒有具體說明任何正式申請。Neuralink 管理人員承認,FDA 在他們所謂的持續對話中提出了安全問題。

來自 Neuralink 的知情人士拒絕提供 FDA 的書面拒絕文件,這是一份受法律保護的機密文件。Neuralink 匿名員工在採訪中描述了安全問題,其中包括四名閱讀過 FDA 文件的人以及其他了解該機構擔憂的人。

FDA 的拒絕並不意味著 Neuralink 最終無法獲得該機構的人體試驗批准。但據 FDA 設備審批程序的十幾位專家說,該機構的拒絕表明了擔憂的嚴重性。專家們說,被拒絕還增加了該公司隨後申請試驗批准的風險和難度。FDA 表示,在過去三年里,它已經批准了大約三分之二的設備首次人體試驗申請。在第二次審查後,這一比例上升到 85%。但一些專家說,企業往往在三次嘗試解決 FDA 擔憂後就放棄了,而不是在昂貴的研究上投入更多的時間和金錢。獲得人體試驗批准的公司通常在申請 FDA 批准商用設備之前至少進行兩輪試驗。

馬斯克和其他 Neuralink 管理人員尚未就該公司的設備或向 FDA 申請人體試驗一事置評。FDA 以保護私密商業信息的法律為由,拒絕就 Neuralink 置評。

轉自:

https://www.ithome.com/0/677/021.htm

美創企在七名患者身上測試腦機介面技術

2 月 19 日消息,美國腦機介面初創企業 Synchron 始終在研究旨在幫助改善癱瘓病人日常生活的技術,目前該公司正在美國和澳大利亞七名患者身上測試腦機介面技術,讓他們可以利用大腦思維操控電腦游標和智能家居等設備

Synchron 首席執行官湯姆・奧克斯利(Tom Oxley)在接受採訪時表示:「我見過幾次這樣的時刻,當患者獲得更強的自理能力時,他們及其家人們都覺得難以置信,並為此高興萬分。這項技術幫助他們以更加自然的方式參與到交流之中。」

Synchron 成立於 2012 年,致力於開發新興的腦機介面 (BCI) 技術,這是一種破譯大腦信號並將其轉換為外部技術指令的系統。也許這個領域最知名的公司是 Neuralink,這要歸功於其創始人埃隆・馬斯克(Elon Musk)的高調,他也是特斯拉、SpaceX 和推特的首席執行官。

馬斯克希望將腦機介面技術從激進的科學實驗最終發展為龐大醫療業務,但他並不是唯一押注的科技界億萬富翁。去年 12 月,Synchron 宣布獲得了 7500 萬美元融資,投資者包括微軟聯合創始人比爾・蓋茨(Bill Gates)和亞馬遜創始人傑夫・貝索斯(Jeff Bezos)旗下投資公司

Synchron 的技術「更具可擴展性」

2020 年 8 月,美國食品和藥物管理局(FDA)授予 Synchron 的產品以「突破性設備」稱號。這意味著,其產品有可能成為為生命垂危患者提供更好治療的醫療設備。次年,Synchron 成為首家從 FDA 獲得研究設備豁免的公司,可以在人類患者身上進行永久植入試驗。

Synchron 正在招募患者進行早期可行性試驗,旨在表明該技術可安全用於人體中。在研究期間,六名美國患者體內將被植入 Synchron 的腦機介面設備。該公司首席商務官科特・哈格斯特羅姆(Kurt Haggstrom)表示,目前已經在三名患者體內完成植入。

Synchron 目前還沒有任何收入,其發言人稱,該公司不會就這項手術的最終成本置評。Synchron 表示,雖然許多競爭對手必須通過開腦手術植入腦機介面設備,但 Synchron 依賴於一種侵入性較小的方法,這種方法建立在數十年現有血管內技術的基礎上。

Synchron 的腦機介面設備通過血管植入,其首席執行官奧克斯利稱血管為進入大腦的「天然高速公路」。Synchron 的支架被稱為 Stentrode,它安裝有微型感測器,並被輸送到位於運動皮質旁邊的大靜脈。Stentrode 與位於患者胸部皮膚下的天線相連,收集原始的大腦數據,並將數據從身體內部發送給外部設備。

Synchron 神經科學專家、公司高管 Peter Yoo 表示,由於該設備並非被直接插入腦組織,因此解析大腦信號的質量並不完美。但他說,大腦不喜歡被異物碰觸,而且這種手術侵入性較小,因此更容易進行。Peter Yoo 還稱:「大約有 2000 名干預學家可以進行這類手術,與只有神經外科醫生才能進行的腦部開顱手術或鑽孔手術相比,這種方法的可擴展性更強。」

恢複發送簡訊能力至關重要

對於嚴重癱瘓或患有肌萎縮側索硬化症 (ALS) 等退行性疾病的患者來說,通過打字、發簡訊以及訪問社交媒體等方式,Synchron 的技術可以幫助他們重新獲得與朋友、家人和外部世界溝通的能力。患者可以使用 Synchron 的腦機介面設備在網上購物,管理他們的健康和財務,但奧克斯利說,最讓他們感到興奮的是收發簡訊。

奧克斯利補充道:「失去發送簡訊的能力會讓人陷入極端孤立之中,而恢復這種能力代表著重大意義。」

2021 年 12 月,奧克斯利將他的推特賬戶交給了一位名叫菲利普・奧基夫(Philip O』Keefe)的患者,後者患有肌萎縮側索硬化症,雙手難以移動。大約 20 個月前,奧基夫被植入了 Synchron 的腦機介面設備。奧基夫在奧克斯利的頁面上寫道:「你好,世界!短推文,巨大的進步!」

Synchron 的技術已經引起了競爭對手的注意。據報道,馬斯克去年曾與該公司接洽,討論潛在的投資交易。Synchron 拒絕對此置評,Neuralink 也沒有回復置評請求

Neuralink 正在開發一種可以直接植入腦組織的腦機介面設備,雖然該公司還沒有在人體上進行測試,但馬斯克已經表示,他希望今年能開始人體測試。

Synchron 首席商務官哈格斯特羅姆表示,該公司獲得的融資將有助於加快產品開發,並推動其進行關鍵的臨床試驗,使其產品儘快實現商業化。

Khosla Ventures 的合伙人亞歷克斯・摩根(Alex Morgan)表示,雖然 Synchron 的設備看起來像是科幻小說中的東西,但它植根於「真正的科學」,已經對患者的生活產生了重大影響。他補充說:「到目前為止,Synchron 實際上已經在幫助人們。對我來說,這真的是非同尋常。」

今年 1 月,醫學雜誌《美國醫學會神經病學》(JAMA Neuroology) 刊文,發表了 Synchron 在四名澳大利亞患者身上進行腦機介面試驗的同行評議長期安全性結果。研究發現,這項技術非常安全,在 12 個月的時間裡信號質量或性能沒有太大變化。哈格斯特羅姆說:「對我們來說,這是非常關鍵的認可。」

哈格斯特羅姆還稱,在腦機介面行業,商業化才是所有參與者關注的重點。他說:「我總是喜歡競爭,所以對我來說,首先進入市場至關重要。我們會碰到患者,討論他們的需求和其他事情,所以當你看到這些,你會和這些家庭及其照顧者交談,你想以最快的速度為他們的日常生活提供幫助。」

轉自:https://www.ithome.com/0/674/381.htm