在2014年的巴西世界杯的開幕式上，年僅14歲的巴西高位截癱少年，身披“機械戰甲”，開出了這一全球盛宴的第一腳球，數十億人為之歡呼。

(注：圖片來自網絡公開數據)

　　這一腳開球不僅開啟了整個巴西世界杯，更開啟了人類的新時代，或許我們將由此走向一個“人機融合”的新未來。

　　而開啟這個新未來的的人就是“機械戰甲”之父米格爾·尼科萊利斯(Miguel Nicolelis)，他同時還是美國杜克大學醫學院神經生物學教授、法國科學院院士、巴西科學院院士、《腦機穿越》的作者。

　　他是《自然》、《科學》等國際一流學術期刊的常客，2004年被美國科普雜志《科學美國人》評為全球最具影響力的20位科學家之一，其研究被《麻省理工科技評論》評為10大最具突破性的科技創新之一。

　　在6月15日，尼科萊利斯出席大連軟交會（第十五屆中國國際軟件和信息服務交易會），并帶來“腦機接口，人機交互的未來”的演講。通過他的演講和會后專訪，筆者了解到尼科萊利斯腦機交互的實驗由來、具體用途、進展以及實現原理等深度信息。

　　一、腦機接口與“機甲”少年

　　或許在2014年的世界杯，高位截癱的巴西少年開出的第一腳球，開始讓“機械戰甲”、腦機接口這樣的概念廣為人知。

　　那么什么使腦機接口呢？尼科萊利斯如此解釋道，只需要用腦來想一想，就可以用機器來實現某個具體的行動和任務。具體來說，我們的腦電波來發出信號，把這些信號和機器結合起來，就能夠控制我們人為設計出來工具的活動。而該接口可以實現大腦與相關設備迅速、高效的連接，無論距離遠近，也無論這些機器的大小，即使像航空飛船一樣大。

　　想象一下，在一個不需要說話。不需要動作的世界，我們只需想象就可以控制一切。我們能夠用想象控制我們的電腦、所有的數字設備；我們只需想象我們在開車，車就可以自動行駛了；我們甚至可以通過腦聯網，通過想象和其他人進行交互協助。Just thinking ! 而這些已經可以實現。

　　正如巴西世界杯開球少年，他身披“的機械戰甲”，就是一套被稱之為“外骨骼”(exoskeleton)的機甲設備。在足球場上，由癱瘓少年的大腦發出行動信號，經由無線傳輸到背包內一臺筆記本大小的計算裝置中，這臺計算機將大腦信號轉換成數字化的行動指令，讓外骨骼先穩住少年的身體，然后誘導機械腿在草坪上進行前后運動。當少年發現腳和足球接近時，想象著用腳去踢它，瞬間腦信號就會命令外骨骼上的機械腿將球踢出。并且這個機器里有一定的壓力傳感功能，當他的腳踩在地上的時候就會有一定的壓力信號傳出，病人就能感覺到草坪的存在。

　　腦機對接技術可以幫助癱瘓病人重新獲得運用能力，也可以用來控制各種設備，甚至通過人與人之間的腦連接實現意念溝通！并且未來的應用領域還將更多元，而這一切都源自尼科萊利斯10多年前在猴子身上的實驗。

　　此外，早在1984年，尼科萊利斯便正式邁向這條研究道路，當時他撰寫了有關肌肉控制中樞神經連接的博士論文，并在2002年就產生了研制腦控外骨骼的想法。

　　二、一只猴子引發的故事

　　尼科萊利斯曾在猴子身上做過實驗，猴子可以用自己的大腦信號來控制一個機器。具體而言，猴子可以用操縱桿來玩電腦游戲，首先它用控制桿來控制光標，這個光標是它的目的，它通過光標來協調自己大腦的功能和想實現的游戲目標。它慢慢越來越熟悉這個過程，尼科萊利斯團隊就控制猴子的腦電波波活動，轉化成數字命令，然后將其傳輸給一個機器人。當猴子和機器人可以一起協調的時候，它就不需要用手操縱控制桿，而是直接通過腦部活動就可以驅動機器來玩游戲，這就實現了腦機對接。

　　即只需要靠我想玩這個游戲，只需要動動腦，而不需要動別的任何部位。這是尼科萊利斯團隊第一次發現腦機對接可以實現的效果。

　　而這張圖就是尼科萊利斯說的，猴子正在使用大腦活動，通過無線傳輸和無線對接，來控制開車過程。而它只需要想象車是怎么開的。尼科萊利斯讓猴子在右側三個位置中的一個位置，讓它想象一下把車開到紅色所在的位置，然后它會走出三個不同的路線，而它根本不需要動，只需要現象發生三個不同軌跡的行動，這完全是通過無線腦機對接來實現的。

　　后來尼科萊利斯團隊意識到這些科技發展有廣泛應用空間，尤其在醫學方面。比如說一些病人已經失去的運動能力，尼科萊利斯團隊就可以利用皮層神經假體幫助他恢復運動功能。我們的大腦同樣可以釋放腦電波和信號，這些信號可以通過機器的方式和電流傳輸到本來已經失去運動功能的肢體。尼科萊利斯團隊可以記錄大腦的腦電波，把這些信號通過腦機對接傳遞給機甲，而失去運動的人只需要穿上這種機甲裝備，相當于人體外圍有一個外骨骼，需要認作的就是動腦，通過外骨骼實現運用功能。

　　三、腦機接口醫學價值巨大

　　尼科萊利斯講述到，現在他們的合作者來自世界上五大洲的二十多個國家，世界各地都有其合作的實驗室，比如巴西、美國和歐洲。他們能夠制造這樣的“機械戰甲”，能夠讓高位截癱的病人重新站起來行走，通過大腦控制機器，來實現人類的活動。

　　2014年巴西世界杯，高位截癱的14歲小男孩正是憑借著“機械戰甲”，驅動著外骨骼重新獲得了行走。而這只是重獲行動的一個例子。后來尼科萊利斯又選擇了八個殘疾或癱瘓的病例，對他們進行康復訓練。這些病例首先要接收VR培訓，在VR中他們會有一個外骨骼結構，他們只需要想象，與外骨骼結構相適應。他們和機器人之間也在學習如何互動，在互動中實現對接。

　　其中一位病人已經癱瘓6年，這6年之間他都是坐在輪椅上。當他戴上一個頭盔開始使用外部骨骼時，他的想象以及他的大腦活動都可以通過傳感器傳輸給外骨骼。尼科萊利斯團隊的設備首先閱讀和識別了他的腦部活動，然后傳輸信號，最終他可以重新行走了。并且在行走時，他可以接收來自地板的信息，他能感知到地板是什么樣的。尼科萊利斯接著講到：“這對病人十分重要，如果他們只會動而沒有信息接收的話會變得害怕，所以我們這種對接病人可以感知到踏在地板的感覺。”而這正式腦機接口的發展，讓病人重新獲得行走。

　　尼科萊利斯接著講到，病人開始學習和適應這套系統后，多年癱瘓甚至是完全癱瘓的病人可以通過幾個月的時間恢復了一些運動功能，而這些功能是因為之前的脊髓受傷而損傷的。上面這位癱瘓病人，使用外骨骼接收了一年的訓練后，他的右腿就能夠動了，再經過一年訓練以后他又能夠使用左腿了。就這樣這位病人重新獲得了利用自己大腦控制自己身體的能力，尼科萊利斯稱之為“這在神經科學或者是醫學界數百萬的脊椎癱瘓病人里是前所未有的”。

　　而現在有二十九個病人使用同樣的外骨骼，借助這個技術重新來行走。這就是人機交互的巨大潛力，能夠改變人們的命運。

　　四、意念傳輸——多人腦聯網

　　這種人機交互不只能在一個大腦中發揮作用，還可以實現多個大腦的協作，即腦聯網。接著尼科萊利斯講述了其在杜克大學實驗室里多個猴子大腦同時協作的案例。在虛擬3D環境中， 有XYZ三個坐標，一個猴子操作X軸，一個猴子操作Y軸，另外一個猴子操作球，為了讓虛擬手臂運動，三只猴子大腦聯動時才能控制好。并且它們做到了，它們能同時三個大腦連作。

　　正如上圖，一個猴子控制X軸，另一個猴子控制Y軸，用電腦把兩個猴子接收到的信號融合成超大腦，用這個超大腦來控制虛擬手臂。并且沒有哪只猴子知道其他猴子的存在，它們對于這種合作是不知情的，即使這樣，它們的大腦也能在不知情的情況下達成合作。

　　尼科萊利斯將這個設想應用于人類患者的大腦網絡，通過多人協作的方式幫助患者恢復運動。他指出，一個癱瘓或者截肢病人一開始在VR中進行訓練是最困難的，因為它們很久沒有使用大腦運動的型號了。所以尼科萊利斯讓病人和健康的人一起進入虛擬世界，來玩虛擬游戲，幫助病人重新使用大腦里的運動細胞。

　　如上圖，可以看到健康人和病人兩個人協作的訓練過程，患者能夠在虛擬環境里成功的動用自己的外骨骼。并且治療師在某一個國家或者某一個城市可以通過網上訓練成百上千個世界各地的病人，而不需要把這些病人和醫生放到一個本地醫院。這些訓練師只需要同步自己大腦活動到網絡上，使得數以萬計的病人能夠在網上接受這種腦電波的訓練，而不需要支付昂貴的醫療費用、硬件費用。

　　此外，尼科萊利斯還談到，這種技術已經到了實驗室實驗完成的階段了，可以進行應用了，并且不僅可以應用于病人，也可以應用健康人，來提升生活質量。

　　五、跨界融合是腦機互動的未來

　　演講結束后，尼科萊利斯接見了媒體的采訪。當談及他做這項科研的初衷時，尼科萊利斯表示他是為了探究大腦的運作，后來發現可以醫治癱瘓的人，因此就變得更有動力。

　　3月底曾報道過馬斯克曾在去年7月創辦了醫學研究公司Neuralink，旨在將人工智能直接植入人類大腦皮層，從而提高人類智能，但這種方式的安全性也受到極大的質疑。智東西就尼科萊利斯針對這一問題進行提問，他指出最初的動物研究確實是將芯片植入大腦皮層進行研究，但并沒有將這一方式應用于人類，而是通過一個傳感器帽子實現的。

　　而在問及腦機交互實現的原理時，尼科萊利斯談到，它是物理驅動和神經網絡的結合，是電腦、神經、機械三方面的合作達成的，單靠機械或是神經網絡都是無法實現的。而這種腦機接口最核心的問題是如何和大腦進行對話，如何控制。并談到腦機交互是腦神經技術、機器學習和生物材料相融合才能達到的一個效果。

　　此外，尼科萊利斯還就腦機交互給出了更多元的應用。他指出，其一我們可以通過大腦與家居設備、電子設備的連接，從而實現直接用大腦控制這些設備；其二我們可以通過大腦遠程控制機器去做一些危險場景的探測活動；其三還可以通過腦連接，從而在一個工作環境中，實現人們直接通過大腦直接溝通，高效協作。

　　結語

　　凱文·凱利在其20年前的《失控》中，就提出人類的未來是“人造和天生的聯姻”，即將人類與機器相結合的“半機械人”，來賦予人類更大的生存空間。而此次尼科萊利斯的腦機接口與“機械戰甲”則告訴我們，這樣一個時代或許已悄然來臨。

　　但人類腦聯網仍將面臨很大的安全問題。試想一些現在網絡上層出不窮的黑客攻擊和電腦病毒，若人類腦聯網，那么直接通過大腦傳輸病毒，又是否意味著人類災難的來臨呢？當然，現在討論這個問題未免有些杞人憂天。