来源：神经科技
概要：
当很多人对人工智能还懵懵懂懂时，一个被认为是人工智能下一个风口的“黑科技”——脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）已悄然来临。
2017年3月，硅谷科技风向标埃隆·马斯克宣布创办Neuralink公司，计划在4年内开发出首个用于治疗脑部疾病的脑-机接口产品，未来将开发高生物相容性的植入神经接口，实现人工智能植入人脑，取代人类的自然语言交流，实现颠覆性的智能人机接口技术。
4月，Facebook创始人兼首席执行官马克·扎克伯格曝出了其秘密B8计划中开展的脑-机接口研究，预期在18个月内研制出可每分钟输入100个字的脑控拼写器原型系统，最终力图实现意识控制一切。
当很多人对人工智能还懵懵懂懂时，一个被认为是人工智能下一个风口的“黑科技”——脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）已悄然来临。
怎样读懂“脑语”？怎样打通大脑与机器之间的联结？人类能用意念控制一切吗？是否有一天可以将智慧直接植入大脑？带着这些问题，新华网科技频道记者独家专访了天津大学医学工程与转化医学研究院院长、天津神经工程国际联合研究中心主任明东教授，听他讲述“三磅宇宙”与人工智能之间的神秘通道。
1、目前，在人工智能的整体概念下，有哪些细分的研究方向？
人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能理论、方法、技术及应用系统的一门新兴技术科学。1955年被誉为人工智能之父的美国计算机、认知科学家约翰.麦卡锡（John McCarthy）提出人工智能概念为“制造智能机器的科学与工程（the science and engineering of making intelligent machines）”。人工智能旨在深入学习了解人类智能的实质运作机理并参照人类大脑中枢神经系统结构与功能目标以人类智能相似方式对外部事物做出反应及处理，由此创新一种具备人类相近甚至超越其功能的智能化计算技术与自动化机器设备，实现比人力更高效率的功能产出效果或获得更理想的精神文化享受。该领域研究包括文字解读、图像识别、语言翻译、专家系统和智能机器人等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的大“宝库”并极有可能与人类智能融合。可以说，人工智能是当代全世界最具颠覆性创新前景的高科技领域。
近几年我们经常在科技新闻中见到诸如无人驾驶、智能医疗、智能助理、聊天机器人、工业机器人、围棋高手阿尔法狗（AlphaGo）等报道，这些都是人工智能技术在相关领域中的应用，也代表了人工智能应用研究的最新前沿方向。而这些尖端科技背后是以众多具体的人工智能技术作为支撑，如机器感知（包括机器视觉、模式识别、自然语言处理等）、机器行为（包括智能机器人、智能控制、智能检索、智能调度与指挥等）、机器学习（包括符号学习、神经学习、数据挖掘和知识发现等）、计算智能（包括神经计算、进化计算、模糊计算等）、人工心理与人工情感等细分研究方向，这些都是人工智能研究一直在努力的方向。
近些年，伴随我们对大脑认识的不断深入，以模拟和拓展大脑功能为主要途径的人工智能技术研究获得重要进展，如深度学习、神经芯片、大规模仿脑计算等。特别是由于神经接口技术的进步，以融合机器智能和生物智能为主要途径的人机混合智能被公认为将是未来人工智能进化的最终极目标。并且，通过计算机技术的发展和人们对群体智能行为认识的深入，未来人工智能和人机智能将向着网络化、协同化、群体化发展。
2、您的主要研究方向是神经工程学，在这一研究领域，人工智能发挥着怎样的作用？
神经工程学（Neural Engineering，NE）是一门利用生物医学工程（Biomedical Engineering，BME）技术实现理解、补充、修复、拓展、增强、以至于替代神经系统功能的学科，其最终目标是通过神经系统和人造设备间的信息交互与功能整合来修复和增强人体效能。
人工智能作为一门新兴信息科学技术，可对神经工程的发展起到重要支撑与推动作用。人工智能技术能够帮助解决神经工程研究中遇到的诸多具体难题，比如从高维度空间解析人类大脑的工作原理：通过神经成像获取的大脑结构和功能成像数据可借助人工智能技术进行深度学习与特征分析，从而揭示人类视觉、语音处理、图像识别、语言交流等其它技术难以发现的规律和现象。而通过神经工程技术查明的人类大脑运行机制又能够对开发新的人工智能技术提供研发思路，包括人工神经网络、类脑芯片等仿脑计算的软硬件技术即是其典型示例。
总之，人工智能是神经工程最亲近的学科领域，也是其研究开发的最得力工具，能够有效促进其技术的发展；同时二者又相辅相成，神经工程技术的新发现、新成果又可及时应用于人工智能理论研究和技术开发、有力推动其新发展。
3、脑-机接口技术在临床康复、人机交互、航空航天等领域有巨大的应用价值。我们知道，目前的医学研究已发现超过500种神经系统疾病，这些疾病给患者及其家庭带来很大负担。目前，脑-机接口技术给患者带来了怎样的福音？
脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）可以说是神经工程领域最重要的一张“名片”，一直是其领先发展、重点研发的前沿热点。BCI通过解码大脑活动信号获取思维信息，实现人脑与外界直接交流，能够为残疾人提供不依赖外周神经和肌骨系统的人机交互技术，帮助残疾病人恢复正常生活、重建其对生活和康复的信心。例如脑控智能轮椅、脑控打字机、脑控机械外骨骼、脑控智能假肢等均是以脑-机接口为核心技术。例如，2014年巴西世界杯足球大赛上，28岁截瘫青年朱利亚诺•平托凭借身穿的“机械战甲”为世界杯开球，电视解说员激动地称：“平托行走的一小步，成为脑-机接口技术发展的一大步。”，充分展现了神经工程与脑-机接口的魅力。正如上述报道中专家所言，神经疾病患者的康复原来是一个难以翻越的高山，而脑机接口则为这个领域打开了非常光明的前景。
国内BCI典型应用成果如基于脑电BCI打字机能够快速准确用脑电信号拨通电话号码、BCI控制的电动轮椅可为下肢残疾病人提供代步工具等。2014年和2015年由天津大学神经工程团队研制的两款“神工”系列人工神经康复机器人系统可为脑中风患者提供新型的脑-机-体主动交互康复训练技术，目前已通过国家药监局（CFDA）检测，在天津、山东等多地三甲医院临床试用成功，受益患者超数千例。这些技术均为肢体残缺或瘫痪病人带来了新的康复希望，使他们有望重新自身恢复或借助机械外骨骼、智能假肢等技术重建肢体运动功能。
对外信息交流是人类生活中最重要的基本活动。然而神经系统疾病因素可能会使患者部分或完全丧失对外语言交流能力，甚至不能通过视听感官或肢体动作与外界沟通，以致其行为意图无法得到有效表达。如肌萎缩性脊髓侧索硬化症、脊髓损伤、脑卒中（俗称中风）等常见多发神经系统疾病会阻碍患者行为控制神经通路、造成对外信息交流功能障碍，严重时甚至会使人体完全丧失思维表达或行为控制能力。该类病患人群极易失去与外界进行信息交流沟通的能力，进而成为自我闭锁的个体。因此，修复或改善该类病人运动或交流功能，帮助其与外界环境进行有效信息交流沟通，或探索研究能替代大脑常规依赖外周神经与肌肉系统对外交流方式的人机交互新模式，具有显然重要的创新意义。
目前主要存在三种修复或替代大脑常规对外信息交流能力的可能途径。第一种：利用功能尚存的神经通路或肌肉取代已受损神经通路或肌肉。如，患者可以通过眼动、手势或肢体动作与外界进行交流对话，但该途径只能用于有限场合。
第二种：通过检测受损神经或肌肉部位的残存活动功能来制定具体的外部设备替代方案，如神经假手可以用来帮助脊髓损伤患者恢复手部功能，但其功能恢复状况极大地受限于原残存功能。
第三种：为大脑提供全新的无需依赖常规外周神经与肌肉系统的对外交流通道，此即脑-机接口（BCI）用武之地。
大脑思维活动提供了可检测的反映心理或行为特征的神经电生理信号（可经头皮电极、皮层表面电极或皮层内部植入式等多种传感器拾取）。BCI通过解码这些特征脑电信号获得大脑思维意图信息，再由工程技术手段将其转换成可用于控制外部设备工作的指令信号，从而实现无需常规外周神经与肌肉系统参与、按大脑思维意图照办的对外信息交流与互动。因此，BCI技术的出现与发展不仅为上述残障人群带来了全新的功能康复希望，而且也为健康人士开拓了前所未有的人机交互新天地。
在神经康复或辅助医学领域，脑-机接口机器人可以帮助肢体运动障碍患者提高他们的生活质量，如：(1)信息交流：BCI机器人可以帮助残疾人使用电脑、拨打电话等；(2)环境控制：BCI机器人可以帮助残疾人或老年人控制轮椅、家庭电器开关等；(3)康复护理：BCI康复机器人可以帮助残疾人或失去运动能力的病患或老年人进行主动康复训练，BCI护理机器人可以从事基本护理工作，提高残疾人或老年人的生活质量。
此外，脑-机接口技术还对航空航天等领域有巨大的应用价值，能够为航天员等特殊人群提供肢体约束环境下的“第三只手”和神经功能层面融合的自适应自动化人机协作，帮助他们完成更多更复杂的工作任务。2016年在我国天宫二号与神州十一号载人飞行任务中，天津大学神经工程团队与中国航天员训练中心合作开展了世界首次在轨脑-机交互实验即是为对实现这一目标的成功尝试。
4、脑-机接口技术目前在全球范围内的研究进展怎样？取得了哪些最新成果？我国的研究在全球处于怎样的水平？
早期脑-机接口应用主要面向残疾人群，用于替代或辅助残缺或瘫痪肢体的运动功能，帮助他们恢复生活能力。近十几年来，脑-机接口快速拓展其应用领域，已在众多领域显示出广阔应用前景。尤其在军事、航天等特殊环境场合，脑-机接口能够发挥其不可替代的优势作用，这也是美国国防高级研究计划局（DARPA）等机构大力支持发展BCI技术的重要原因。近十年来，以DARPA为代表的军事技术研究机构在BCI领域的投入持续增加，其热度尤其在各国“脑计划”陆续启动之后更为明显。
除高新科技、军事场景外，BCI技术也逐步走入民众生活。在医疗领域，BCI技术在脑外伤、肢体残疾、神经系统疾病等患者的康复和功能重建中已经发挥着重要作用。此外，BCI系统应用在神经机制研究及有效性评价方面具有显著优势，主要在于BCI对神经功能活动的测量和反馈使人脑运作过程变得可观察，为此，国外纷纷开展面向人脑信息解读与调控相关技术产品研发。例如，2017年4月Facebook创始人兼首席执行官马克•扎克伯格（Mark Zuckerberg）在年度开发者大会上曝出了其秘密B8计划中开展的BCI研究，预期在18个月内研制出可每分钟输入100个字的脑控拼写器原型系统，最终力图实现意识控制一切；素有科学狂人之称的埃隆•马斯克（Elon Musk）2017年初也宣布创办全新的Neuralink公司，将在4年内开发出首个用于治疗脑部疾病的BCI产品，未来长远计划是开发高生物相容性的植入神经接口，以实现人工智能植入人脑，并取代人类的自然语言交流、实现颠覆性的智能人机接口技术。未来，伴随虚拟现实、机械外骨骼、经颅电磁刺激等外设技术的发展为BCI控制应用提供了更多可能，凸显了人-机智能交互的优越前景，且将BCI技术植入到人们日常随身携带的智能手机、可穿戴设备内是必然发展趋势。
相比于欧、美等发达国家，我国在BCI方面的研究虽起步稍晚，但得力于国家大力支持，近些年来发展势头良好、速度迅猛，也取得了长足的进步，无论在民用或国防领域都显示出不俗的研究潜力，尤其在航天、康复等领域，我国BCI研究涌现了一批突出的技术成果。例如实现了目前世界上最快的视觉诱发BCI技术，创造了平均325比特/分钟的最高信息传输速率记录；实现了国际最大指令集的复合运动想象BCI技术并率先应用于中风病人的临床康复；开展了国际首例航天在轨BCI的空间适用性测试及应用研究。包括清华、华南理工、国防科大、电子科大、浙大、华东理工、上交大、西交大、北师大以及天津大学等在内的很多国内高校和研究机构的BCI团队均在基础技术和应用研究中有优秀的成果。从总体上看，我国的BCI技术已与国际保持同步发展，部分领域甚至处于国际领先地位。
5、下一步，脑-机接口技术研究和应用的发展方向何在？在不远的将来，还可能取得哪些突破性的进展？会怎样改变人们的生活？
从近中期和长远发展两个方面来看：脑-机接口未来近中期将主要围绕解决现有BCI技术瓶颈和提高解码信息维度两个方向发展，而长远发展趋势则是从目前脑-机单向“接口”进化为双向“交互”并最终“智能”融合。即：近中期需攻克刺激范式依赖性难题，摆脱现有强视觉（或听觉）刺激调制弊端（被动式、易疲劳），改用感觉意念（主动式、随意放松）、多模态（眼电、肌电、心率和近红外光谱等多生理信号组合）诱发范式实现高准确性、大指令集、快速无创BCI技术；还需提高BCI解码信息维度，即从现有低维度离散信息（一维或二维视听）解码扩展至更复杂（多组分、高维度）、更自然交互所需信息（视图、记忆、语言等高级思维）解码的BCI技术。要特别指出的是，除努力改进无创脑电信号采集、处理技术之外，植入式BCI（将检测电极埋入大脑皮层组织内）因其所得皮层脑电信源优质而将是一个重要发展方向，并依赖于植入电极模式取得突破性改进。
从长远发展来看，现有BCI技术主要是单向解读大脑信息，尚难以顾及其将来必须建立起人脑智能与人工智能、生物智能与机器智能之间有机交互融合的最终目标。因此，BCI技术最重要的长远发展趋势将是从目前脑→机单向“接口”（interface）进化为脑↔机双向“交互”（interaction）并最终实现脑※机完全“智能”融合（intelligence），将生物智能的模糊决策、纠错和快速学习能力与人工智能的快速、高精度计算及大规模、快速、准确的记忆与检索能力结合，从而发展出更先进的人工智能技术，并组建由人脑与人脑及与智能机器之间交互连接构成的新型生物人工智能网络，必将彻底改变现有人类与智能机器之间的关系，为人类创造出前所未有的智能信息时代新生活。
作为一种构建人脑与外界直接信息交互联系的新技术，脑-机接口正在向与我们生活息息相关的众多方面拓展其应用领域，如智能医疗、智能家居、智能娱乐等近年来均出现了非常有创新意义的研究开发。随着这些技术的不断进步，可以想见未来BCI将如现在的鼠标、键盘一样非常普遍地应用于各种需要人机交互的场合。
近年在多媒体和娱乐领域，出现了一种新颖的BCI应用模式：将BCI技术与虚拟现实（virtual reality, VR）相结合，构成基于虚拟现实的脑-机接口（BCI-VR）新形式。实现BCI与VR相结合的最简单方式是设计一个可为用户提供身临其境的3D虚拟现实环境和可现场传感反馈以便实时使用的BCI系统。BCI-VR新技术一出现即在两个层面上显示出意外情景效果和诱人应用前景。一方面，BCI作为BCI-VR系统的输入设备，革新了传统VR系统输入方式，可能彻底改变与虚拟环境（virtual environments, VE）互相影响的方式；同时，BCI比传统VR系统输入方式更直观，可视为类似触觉传感与VE进行交互与控制。另一方面，VR技术在BCI系统中成为非常有用的信息反馈工具。与BCI的传统简单反馈模式（屏幕显示伸缩变化的2D色条以反映大脑思维信息输出）相比，VE则能为BCI用户提供更积极主动、更丰富多彩、更具激励性的情境反馈（与大脑思维信息输出密切关联）模式。因此，VR反馈可以提高BCI的可学习性并缩短训练时间，而且VE可作为BCI用户在实地使用之前最廉价、最逼真、最可靠、最安全的训练和测试场景。BCI-VR新技术的出现不仅使其传统用户－残障病人大为受益，而且得到广泛健康大众用户的特别欢迎，有望成为智能游戏和时尚娱乐的新宠。鉴于BCI-VR新技术能兼取BCI与VR各自所长，同时又相得益彰，开拓了这两种技术的结构改造与应用革新之路，展示出一片脑科学信息时代的新生活天地，给人以无限遐想。
尽管目前脑-机接口技术水平尚处于幼儿发育成长期，但作为人机交互的新生一代，确信其未来发展潜力无限。犹如早年发明的蒸汽机车仅能以比马车还慢的蜗速爬行，而今时速300公里的高速列车已飞驰在大江南北，成为最重要的交通工具。众所周知，二十一世纪是脑科学的时代，世界主要科技强国均启动了目标宏大的“脑计划”，脑-机接口技术将伴随脑科学的发展而成长壮大，相信未来BCI将成为新一代颠覆性信息技术，成为融合人脑智能和人工智能不可分割与替代的坚固桥梁。
6、脑-机接口这项神奇的技术使意念控制从科幻成为现实，您有没有担心过未来机器会操控人类的意识？机器会不会控制地球、引发战争和灾难？人类应该如何思考和面对此类问题？
人工智能的本质是对人类思维信息过程的模拟。该思维模拟可以由两个途径进行：一是结构模拟，仿照人脑结构机理、制造出“类人脑”的机器；二是功能模拟，直接模拟人类思维功能、创建新的智能机器。现代电子计算机的产生与发展便是对人脑思维信息过程与功能的模拟及创新，即师从人类而（某些功能）高于人类。前不久，机器人阿尔法狗大胜全球围棋名段高手即为一例。
人工智能已在机器视觉、指纹识别、人脸识别、视网膜识别、虹膜识别、掌纹识别、专家系统、自动规划、智能搜索、定理证明、博弈、自动程序设计、智能控制、机器人学、语言和图像理解、遗传编程等诸多领域得到广泛应用。例如，人工智能对自然科学研究的帮助不言而喻，尤其在需要使用高性能数学计算工具解决科学问题研究中所发挥的作用为人类望尘莫及，而更重要的是人工智能反过来有助于人类自身智能发展的突破。与此同时，人工智能也对人类生活、知识、政治与经济、科学与技术各方面带来巨大且深刻的影响，甚至引发安全问题。典型意见是，有学者认为让计算机拥有智商很危险，它可能会反抗人类。这种隐患也在多部科幻电影中出现过并引发伦理道德议论。2017年4月，著名英国物理学家史蒂芬 威廉 霍金（Stephen William Hawking）在北京举办的全球移动互联网大会上做了视频演讲，再次强调：人工智能也可能是人类文明的终结者。演讲中霍金重申人工智能崛起要么是人类最好的事情，要么就是最糟糕的事情。他认为，人类需警惕人工智能发展威胁。因为人工智能一旦脱离束缚，以不断加速的状态重新设计自身，人类由于受到漫长的生物进化限制，将无法与之竞争，从而被取代。
另一方面，人工智能深入各行各业，促进经济发展、带来巨大效益的同时也引发劳务就业问题（不仅让很多蓝领工人失业，且令不少下层白领丢职），造成社会结构剧烈变化；人工智能为人类文化生活提供崭新的高智能交互娱乐模式与手段也对社会有潜移默化的深远影响，如今计算机游戏中的人工智能应用已深入到各大游戏制造商的研发中和刻印进玩家脑海里。伴随着人工智能和智能机器人的发展，人类可能迟早不得不面对讨论人工智能很可能触及社会伦理底线的敏感难题。人工智能发展前景广阔，但同时它又模糊了物理现实与主观感受的心理界限，衍生出错综复杂的伦理、法律和安全问题，需要及早预防、提前布局，审慎应对、避免冲突，免得措手不及。
回过头来冷静考虑，目前人工智能虽已在个别领域取得了瞩目成就，但相对人脑高级智能而言在诸多方面仍然相差甚远，基本上仍然处在通过大量样本的深度学习解决非常具体问题的阶段，其学习、容错、模糊决策等能力尚难与人脑匹敌，更少有人类情感、自我认知等高等智能特征。可以预见，人工智能这些方面在今后很长一段时间内难以达到或超越人脑，将来更大可能是人工智能与人脑智能有机融为一体，成为新一代的赛博人（Cyberman，人机复合），人工智能将成为未来人类自身密不可分的有益智产而非伤身资材。
与人工智能相似，神奇的脑-机接口技术使意念控制从科幻成为现实，也引发了不少对未来BCI技术广泛深入应用不良后果的担心。甚至有人担心BCI需记录操作者脑电活动信息，若在上网时使用，可以被黑客盗取用户神经活动模式、猜出用户密码，个人财产信用等将受到侵犯…，但其实冷静思考这个问题，会发现它与目前登陆互联网可能被黑客盗取用户密码类似，风险还都处于可控的范围。
如前述，面对人工智能、脑-机接口新技术的蓬勃发展，人类如何趋利避害确是值得认真思考的重要问题。近年来，人工智能技术在医疗、安全等一些关乎人类福祉的领域取得了很多突破性进展，但同时也不乏一些国家或机构将人工智能或脑-机接口技术用于进攻性、杀伤性武器研发的报道，一旦毫无情感的智能机器被用于战场、或者被不法恐怖分子掌握，将给人类带来沉重祸害。这是人类当前即应认真思考和面对的问题，须及早达成全球共识、提前防范。
