美國截癱患者首次通過“腦控”行走、韓國科學(xué)家研發(fā)腦控外骨骼機器人、中國腦控智能聯(lián)盟成立……近期，國內(nèi)外多家科研機構(gòu)在意念控制領(lǐng)域取得新進展，這不禁讓人聯(lián)想到曾風(fēng)靡世界的科幻電影《阿凡達》。“意念控制”這類科幻世界中的?？停y道正一步步走入現(xiàn)實？它對未來戰(zhàn)爭將起到什么作用？請看科技日報特約專稿——

　　“意念控制”是各種科幻小說、影視作品中常常出現(xiàn)的特殊能力，它可以令人類直接通過“意念”控制其它物體甚至生物。近年來，腦機接口技術(shù)（Brain-Computer Interface，BCI）的迅猛發(fā)展讓這種超能力一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。也許在未來某一天，人們真正能夠親身體驗科幻電影《阿凡達》中的場景，通過意念控制另一個“軀體”進行戰(zhàn)斗，真正形成“阿凡達軍團”?？梢灶A(yù)見，BCI技術(shù)不僅能為軀體受傷者提供幫助，更是會對未來戰(zhàn)爭帶來一場深刻的變革。

　　美軍對BCI技術(shù)高度關(guān)切

　　全球范圍的BCI技術(shù)研究已開展多年，美軍對此表示了高度關(guān)注，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）投入巨資，展開該領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)。近年來，美國更是加強了對腦科學(xué)的研發(fā)力度。2013年4月2日，奧巴馬政府公布了“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”，旨在探索人類大腦的工作機制、繪制腦活動全圖，并最終開發(fā)出針對大腦疾病的療法。2014年9月，美國國防部宣布將投入3億美元支持腦計劃。DARPA的投資主要用于緩解或治愈因傷導(dǎo)致的神經(jīng)精神疾病，其中，很大一部分是BCI技術(shù)的應(yīng)用。近期，DARPA又公布了其新的研究計劃，旨在從兩個方向組織攻關(guān)。

　　重建身體機能是否可能

　　DARPA的第一大方向是恢復(fù)人的神經(jīng)功能和行為功能，幫助肢體受傷的戰(zhàn)士恢復(fù)身體機能。這主要包括四個方面的研究內(nèi)容：

　　一是革命性假肢，目的在于幫助失去上肢控制能力的傷員重建肢體運用的能力。為此，DARPA開展了“手部本體感受和觸感界面”項目，旨在打造具有高度感覺反饋的、如天然手臂一樣靈活的假肢系統(tǒng)，有效解決“本體感受”問題，讓用戶擁有切實的感受，使假肢真正成為人身體的一部分。 DARPA項目經(jīng)理道格·韋伯稱，該項目的關(guān)鍵之處，就在于將與截肢處相聯(lián)系的外圍神經(jīng)與人體神經(jīng)系統(tǒng)相接合，保持外圍神經(jīng)實現(xiàn)正常功能的同時，使用戶通過相同的神經(jīng)信號來控制和感知假肢。這種假肢外形將更加美觀，并能像真實四肢一樣對神經(jīng)脈沖作出回應(yīng)。

　　該項目將幫助受傷服役軍人和退伍軍人實現(xiàn)自然功能的完整性，是奧巴馬“腦計劃”的一部分，其最終目標(biāo)是創(chuàng)造出能夠在日常生活中長期使用的安全可靠的設(shè)備。該項目也得到了美國國立衛(wèi)生研究院、退伍軍人事務(wù)部等機構(gòu)的支持。DARPA正在與美國食品和藥物管理局的科學(xué)家合作，為這類先進技術(shù)輔助開發(fā)驗證安全性和評判量化的新標(biāo)準(zhǔn)，以更好地為受傷的在役軍人和退役人員提供服務(wù)。凱斯西儲大學(xué)、克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心、Draper實驗室、Nerves股份有限公司、Ripple有限責(zé)任公司、匹茲堡大學(xué)、猶他州大學(xué)和佛羅里達大學(xué)等相關(guān)研究機構(gòu)參與了這個項目。

　　二是加速創(chuàng)傷恢復(fù)的重組與可塑性，該項目將研制一種由電極或光纖組成的大腦植入體，將其植入大腦表面后，它們將讀取大腦神經(jīng)元的電信號，然后發(fā)送適當(dāng)?shù)墓饷}沖去刺激其他原本應(yīng)該對神經(jīng)元信號做出反應(yīng)的大腦區(qū)域。這種植入體將作為那些被損傷或者被“截去”的大腦區(qū)域的替代物，使大腦能夠正常運轉(zhuǎn)。

　　士兵在戰(zhàn)場中極易遭受炸彈與火炮的襲擊，猛烈的沖擊會對士兵的大腦產(chǎn)生極大的影響，從而造成不同程度的創(chuàng)傷性腦損傷。據(jù)報道，僅參加伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭而遭受腦損傷的美軍士兵就多達36萬人，這些傷員輕者反映遲鈍，重者失去記憶、神志不清，完全喪失社交能力。這一傷病成為美軍亟待解決的重大問題，因此，美國國防部提出這個研究項目，計劃利用新型大腦植入手段，用腦機接口技術(shù)來替代受損大腦灰質(zhì)皮層的功能。DARPA對該項目給予了大力支持，宣布了一項為期兩年的初步計劃，資助斯坦福大學(xué)和布朗大學(xué)的4個研究所用于聯(lián)合開發(fā)腦芯片項目。這一項目涉及神經(jīng)學(xué)、精神病學(xué)、大腦模擬專業(yè)，甚至包括半導(dǎo)體專業(yè)，目前已在理解大腦損傷、建立大腦活動的概念化數(shù)學(xué)模型等方面取得了一定進展。

　　三是恢復(fù)編碼記憶集成神經(jīng)裝置，DARPA希望尋找到一種新方法對神經(jīng)元信號進行分析解碼，以掌握在腦損傷后如何刺激神經(jīng)元、促進記憶編碼的恢復(fù)、恢復(fù)個體形成新記憶和存儲以前形成的記憶的能力。這種可長期植入的微型無線神經(jīng)裝置有望幫助頭部受傷的士兵恢復(fù)對任務(wù)的記憶。

　　四是可靠神經(jīng)接口技術(shù)，該技術(shù)旨在對大腦中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動進行可視化和量化。利用該技術(shù)，人們可以在大范圍內(nèi)快速觀測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動，前所未有地深入了解大腦結(jié)構(gòu)和功能。更重要的是，人們可以通過該技術(shù)進一步揭示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和行為功能之間的關(guān)系，不僅能夠更好地觀察神經(jīng)系統(tǒng)，還可以通過對刺激和反射回路進行精心調(diào)制，探索神經(jīng)信號和大腦之間的因果關(guān)系。這對于研究人員了解治療受傷人員的腦部傷病具有重大的促進作用。

　　上述技術(shù)旨在恢復(fù)人體由于損傷而破壞的一些神經(jīng)能力與行為能力，而DARPA對BCI關(guān)注的另一大方向則用于提高人類的能力，利用BCI技術(shù)對人腦和人體機能進行優(yōu)化。

　　增強戰(zhàn)士的表現(xiàn)能力

　　DARPA第二個大方向是增強人類的訓(xùn)練與表現(xiàn)能力，試圖通過BCI技術(shù)手段縮短士兵技能訓(xùn)練周期，打造“超級戰(zhàn)士”。具體內(nèi)容可分為以下四個方面。

　　一是加速學(xué)習(xí)計劃。這一計劃將提高士兵們的戰(zhàn)場學(xué)習(xí)能力，DARPA希望通過有效的探測、追蹤方法，加快士兵的技能習(xí)得能力。近日，DARPA又公布了一個為期兩年的基礎(chǔ)研究項目——“恢復(fù)活動記憶與回放”，旨在研究“神經(jīng)回放”在形成記憶和回憶過程中的作用，從而幫助人腦更好地、更具體地記住偶發(fā)事件，更快地學(xué)會技能。

　　二是敘述網(wǎng)絡(luò)項目。該項目旨在對敘述內(nèi)容及不同敘述方式對人類認(rèn)知和行為的影響進行分析。該研究對于軍事戰(zhàn)場開展信息戰(zhàn)、心理戰(zhàn)具有特別的意義。一方面，可以通過敘述網(wǎng)絡(luò)對敵方的情緒特點展開有針對性的宣傳工作，用不同的宣傳內(nèi)容對敵人進行心理攻擊。另一方面，也可以適當(dāng)運用于心理勸導(dǎo)，比如讓百姓接受援助，或者讓恐怖分子放棄抵抗等等。

　　三是用于情報分析員的神經(jīng)技術(shù)。該技術(shù)能夠在作戰(zhàn)環(huán)境下通過記錄并實時處理情報員的大腦信號，選擇需要分析的圖像。這種圖像處理技術(shù)可以產(chǎn)生大范圍的靜態(tài)視覺圖像。該計劃憑借信號處理、人機界面、突破性的神經(jīng)科學(xué)等方面的發(fā)展進步，將神經(jīng)技術(shù)融入圖像分析領(lǐng)域，顯著提高識別關(guān)鍵信息的速度與準(zhǔn)確性，為士兵提供戰(zhàn)場輔助工具。傳統(tǒng)的目標(biāo)搜索是在電腦上的一整塊現(xiàn)實區(qū)域中搜索目標(biāo)，而在新技術(shù)條件下，大區(qū)域?qū)⒈环指畛啥鄰堓^小的圖像，并在信息員眼前快速切換，當(dāng)含有目標(biāo)信息的圖像在眼前閃爍時，觀察者的大腦將在300毫秒內(nèi)發(fā)出信號，并由信息處理系統(tǒng)捕獲進行下一步處理。在這個過程中，觀察者本身甚至都沒有意識到圖像中包含著他要找尋的信息。DARPA將與美國國家地理空間情報局合作完成這一項目。美國加利福尼亞州千橡市的特勒達因技術(shù)公司，新澤西州莫里斯鎮(zhèn)的霍尼韋爾國際公司，以及紐約的哥倫比亞大學(xué)與Neuromatters有限責(zé)任公司的聯(lián)合團隊設(shè)計了參與競標(biāo)的三個原型系統(tǒng)。

　　四是認(rèn)知技術(shù)威脅預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在通過發(fā)展單兵便攜式視覺威脅探測設(shè)備，最大化地提升戰(zhàn)士們的威脅檢測和態(tài)勢感知能力，可靠地探測到潛在的威脅和感興趣的目標(biāo)。人類具有能夠感知到威脅的本能，在戰(zhàn)場上，盡管雷達等探測設(shè)備快速發(fā)展，但仍無法避免信號盲區(qū)，許多時候戰(zhàn)士們?nèi)砸揽孔陨淼难哿透兄砼袛嘀車h(huán)境。在雙筒望遠(yuǎn)鏡、攝像機和便攜式雷達的幫助下，漏檢率仍只有47%或更低。于是，科學(xué)家們便設(shè)想，將EEG檢測系統(tǒng)與望遠(yuǎn)鏡相連，實時檢測大腦信號，通過相連的計算機進行數(shù)據(jù)分析，探測可能潛伏在遠(yuǎn)方的敵人。DARPA于2008年啟動了該項目，并開發(fā)了一套包括高像素攝像機、可在計算機運行的認(rèn)知視覺處理算法和EEG感知裝置的技術(shù)裝備，不僅將識別率提高到了91%，還將戰(zhàn)士的視域擴展到120度。目前，DARPA已為美國陸軍軍官進行該技術(shù)的演示，也許在不久的將來就可以投入訓(xùn)練使用。美國HRL實驗室、先進腦監(jiān)控公司、量子應(yīng)用科學(xué)與研究公司和加州圣迭戈大學(xué)等機構(gòu)都參與了這項研究，技術(shù)成果已向美軍陸軍的夜視實驗室進行轉(zhuǎn)交。

　　盡管這些BCI技術(shù)的研究計劃大多數(shù)處于理論和實驗室研究階段，但任何一項技術(shù)的成功實現(xiàn)，都將對未來戰(zhàn)爭帶來不小的沖擊。在科技制勝的今天，我們也需要抓住發(fā)展機遇，搶占科技前沿，牢牢掌控技術(shù)“制腦權(quán)”，為打贏未來戰(zhàn)爭奠定基石。

　　（作者單位：國防科技大學(xué)）