人工智能加持的智能硬件產業未來發展前景如何？

神經元 | 腦機融合感知產業的發展

人的大腦是“電動”的。大腦中的神經細胞 - 稱為神經元 - 通過微小的電信號進行通信。這些微小的電荷穿過整個神經系統的樹突和軸突，人的行動取決于這些神經細胞通過特定的途徑發送特定的電荷。如果我們找到一種映射這些信號的方法，就可以開發一個探測和翻譯它們的設備，用來控制外部設備，我們稱之為腦機接口。

隨著計算機技術的進步和對人類大腦的理解，已經研發出恢復人體功能或者增強人體功能的腦機接口。想象一下，將信號直接傳輸到人的大腦，就能夠看到、聽到或感受到特定的感官輸入。另一方面，只需要思考，就可以操控計算機或機器，這對于嚴重殘疾的人來說，腦機接口的發展可能是幾十年來最重要的技術突破。

把意念變成操作指令這個過程十分復雜，首先要解決的問題是如何探測大腦活動，非侵入式腦機接口使用腦電圖儀來探測頭腦內發生的電波，會有一組電極附著在頭皮上，由于顱骨對信號的衰減作用和對神經元發出的電磁波的分散和模糊效應，記錄到的信號分辨率并不高。還有一種方法是將電極直接植入大腦，它需要侵入性手術來植入電極，長期留在大腦中的裝置往往會導致灰質中瘢痕組織的形成，這種組織會阻止信號。其次我們的大腦很復雜，會有很多雜念，將清晰的指令與雜念分開并不容易，另外將腦信號轉換為指令也很復雜。

研究人員開發出以人腦為模型的深度學習算法來破解人類大腦。首先，他們建立了一個大腦解碼信息的模型。讓三名女性花費了數小時觀看幾百條短視頻，用功能性核磁共振機器測量了視覺皮層和其他地方的活動信號。一個用于圖像處理的人工神經網絡學會了將視頻圖像和大腦活動聯系起來。隨著這幾名女性觀看更多的視頻，經過算法預測的活動和一些大腦活動相吻合。它還幫助科學家了解皮層每個區域的特征。還有一個網絡能夠解碼神經信號：根據參與者的大腦活動，能夠以50%的精確度預測她所看到的東西（包括鳥類、飛機、運動等）。

運動功能的腦機接口

早期的實驗已經實現從猴子和老鼠的大腦皮層上記錄信號，操作腦機接口來實現運動控制。20世紀80年代，約翰斯·霍普金斯大學的研究員找到了獼猴上肢運動的方向和運動皮層中單個神經元放電模式的關系。他們同時發現一組分散的神經元也能夠編碼肢體運動。上世紀九十年代中期以來，面向運動的腦機接口經歷了迅速的發展，已經能夠使用神經集群記錄技術實時捕捉運動皮層中的復雜神經信號，并用來控制外部設備。

重癥肌無力患者、因事故導致高位截癱的患者等重度運動障礙患者群體，是腦機接口的重要應用對象。這些患者的共同特點是，他們有相對完整的思維能力，但喪失了對肌肉和外周神經系統的自主控制能力，因此無法有效地向外界表達自己的需求和想法。將自己腦中所想的信息通過某種輔助手段傳達出來是這一患者群體最基本且最重要的需求。一位四肢癱瘓的美國人成為了第一位用侵入式腦機接口來控制義肢的病人，他能夠通過意念來完成義肢控制和電腦光標控制等任務。

感覺功能的腦機接口

目前人類已經能夠修復或者正在嘗試修復的感覺功能包括聽覺、視覺和前庭感覺。

人工耳蝸是迄今為止最成功、臨床應用最普及的腦機接口，目前已有數十萬聽力障礙患者植入了人工耳蝸。如果耳朵的微小器官嚴重受損，將無法聽到任何聲音。然而，聽覺神經可能運作良好，他們只是沒有收到任何信號。人工耳蝸繞過耳朵的無功能部分，將聲波處理成電信號并通過電極將它們傳遞到聽覺神經。

在視覺修復技術方面，可以從視覺皮層的神經信號中重建出人所感知到的視覺圖像信息，用于構建幫助盲人恢復視力的視覺假體。一位男性盲人在視覺皮層植入了68個電極的陣列，該腦機接口系統包括一個采集視頻的攝像機、信號處理裝置和受驅動的皮層刺激電極。植入后，病人可以在有限的視野內看到灰度調制的低分辨率、低刷新率點陣圖像。

未來當腦機接口技術發展到一定程度后，將不但能修復殘疾人的受損功能，也能增強正常人的功能。例如腦深層刺激手術技術可以用來治療抑郁癥和帕金森氏病，將來也可能可以用來改變正常人的一些腦功能和個性。例如海馬體神經芯片將來可能可以用來增強正常人的記憶。

最令人興奮的領域之一是開發可以通過思想控制的設備。一旦將思想轉化為計算機化或機器人行為的基本機制得以完善，該技術的潛在用途幾乎是無限的。殘疾患者可以將機器人支架連接到他們自己的肢體上，而不是機械手，允許他們移動并直接與環境交互。信號可以繞過脊髓的受損部分被發送到患者手中適當的運動控制神經。

德國有兩個人使用腦機接口寫“你好嗎？”

腦機接口技術可以應用到更廣闊的腦機融合領域。未來的發展目標不是仿人的人工智能計算機，而是人、機結合的智能計算機體系，這有望對人類社會帶來全方位的積極影響。