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脑机接口,下一代人机交互的主流方式?

最近脑机接口很热。先是马斯克投资的神经科学公司 Neuralink 公司宣布其“像缝纫机一样”的机器人,可将超纤细的线植入大脑深处,能够读写大量信息;随后Facebook一直支持的加州大学旧金山分校团队(UCSF)在《自然-通讯》上发表论文,公布他们已建成一个脑机接口,可以准确实时从大脑解码设备佩戴者听到和说出的对话、短语。这一系列脑机接口成果密集曝光,究竟是脑机接口技术碰巧在这个时间点不约而同出成果,还是背后有什么更大的商业动机?在PC之于键盘鼠标、移动之于触控之后,业界一直在寻找下代计算平台的主流人机交互方式,脑机接口会是“那一个”吗?下一代的人机交互方式应该具备什么特征?

马斯克与Facebook谁更优?更大的动机是VR/AR?

我们先来看这两次脑机接口突破的成果。7月17日马斯克投资的神经科学公司 Neuralink宣布,Neuralink 用“像缝纫机一样”的机器人,将超纤细的线植入大脑深处,能够读写大脑信息。7月30日,Facebook支持的加州大学旧金山分校团队(UCSF),由团队的神经外科医生Edward Chang 发表论文,公布其脑机接口的进展,通过一个脑-机接口,能够实时地从大脑信号中解码对话,该系统能够解码感知(听到)和产生(说出)的语音,准确率分别达到76%和61%。从Edward Chang给出的预期看,这种神经植入物可用于恢复因中风、脊髓损伤或其他疾病而失去说话能力的患者的自然交流。

此前有报道信息称Facebook的UCSF项目比Neuralink最大的不同,是该项目为非植入式脑机接口,非植入就意味着无须在大脑上打孔,应该说无论是从操作性和安全性来看,都比Neuralink大大进了一步。

但中科院自动化所模式识别国家重点实验室副主任、脑网络组北京市重点实验室副主任余山在接受《中国电子报》记者采访时说,Neuralink和UCSF的研究成果都属于植入式脑机接口。FUCSF这项研究中,用的是颅内脑电的数据,也就是开颅手术之后,放置于癫痫病人皮层上面的脑电所记录的数据。所以这个不能算是“非植入式脑机解码”。用这样的方法,只能在特定的患者身上开展。所以要想实现接近准确率100%会非常难,因为颅内脑电的数据分辨率还不是很高,难以区分单个细胞的活动。

而Facebook的目标是非植入脑机接口。在2017年举行的F8大会上,Facebook曾宣布了脑机接口(BCI)计划,概述了构建非侵入性可穿戴设备的目标,该设备能让人们通过默想自己说的话来打字,而UCSF是BCI计划的一部分。而在BCI计划的真正意图不完全是医疗用途,他们的目标是为VR/AR寻找输入方式。Mark Cheville是Facebook现实实验室脑机接口项目的研究主管,他表示,BCI项目是开发增强现实眼镜为最终目标,这种眼镜无需大声说话就可以控制。Facebook表示,这种完全无创的脑机系统最终可以让人们每分钟输入100 个单词(是现在人们用手机输入单词速度的5 倍)。

0glass公司创始人苏波在接受《中国电子报》记者采访时表示,Facebook非侵入式的可穿戴设备和马斯克的植入式设备,都是异曲同工,读取脑电图,最终达到控制输入和交互目的。“我的判断目前这种设备还处于早期雏形阶段,还存在体积大、操作复杂、辨识率不高或能设计的交互流程有限等问题,但却是代表了未来。”苏波说。

脑机是第三代人机交互主流方式吗?

脑机接口能够成为继续鼠标键盘、触控系统之后的第三个主流的人机交互系统吗?这应该是脑机接口之所以被极大关注的根本原因和商业意图所在。

脑机接口若要成为主流的人机交互系统,需要在两个维度获得更大突破:一是“接入式”脑机接口需要足够安全,足够方便。二是“非植入式”脑机接口的解码率要足够高。从目前看,70%的解码率显然不够,那么它能够实现100%解码率吗? 

赣鄱基因创始人兼CEO殷伟荣对《中国电子报》记者表示:“首先,UCSF这个项目准确率是如何计算的,尚不可知。其次,我认为解码率提高是可能的,但能不能无限接近99.99%及其以上,需要时间科研积累。难度在于,现在对于人脑的认识,有可能连1%都不到。” 

中科院自动化研究所研究员何晖光在接受《中国电子报》记者采访时表示,目前植入式脑机接口主要是应用在病人或者动物上。非植入式脑机接口尽管其精度没有植入式高,但是也有一些发挥了重要的作用。如清华大学脑机接口研究组利用视觉诱发电位脑机接口,帮助渐冻人朗读和交流;华南理工大学利用脑机接口对植物人的状态进行评估;美国CMU团队利用运动想象遥控无人机,还利用运动想象促进中风病人上肢康复。

何晖光进一步表示,由于对大脑工作机制了解不足,并且受到神经信号采集和分析手段的限制,现有脑机交互技术的信息传输速率(0.1-5比特/秒)仍远低于键盘和语音等传统的人机交互方法,无法得到广泛应用。所以他的结论是,脑机接口无法成为AR/VR时代的主流的人机交互方式。

苏波认为,目前脑机接口技术尚未成熟,无法担当AR/VR主流人机交互的重任。

谁是AR/VR主流交互的“那一个”?

如果现在的脑机接口技术尚不成熟,还无法承载AR/VR主流交互方式的重任,那么谁是担当下一代计算重任的“那一个”呢?

苏波认为,每一代计算平台(终端)的革命都伴随着交互技术的革命,而交互技术的革命也会引发计算终端操作系统的革命,也可以说交互技术是计算平台之所以成为计算平台最重要的因素之一。鼠标的发明,催生了图文界面的操作系统MacOS和Windows,键盘作为输入工具和鼠标完美结合,从而带来PC时代。而触控技术与安卓、iOS联手,催生了第二代计算平台智能手机时代。有观点说AR/VR有望成为下一代计算平台,那么AR/VR眼镜要想成为个人消费品还要满足四个条件:一是轻量化和微型化,二是5G网络的正式商用,三是新一代AR操作系统的发明,四是新一代交互技术的产生。

AR/VR个人消费时代的到来,其中的关键点包括了适合AR/VR的新一代的交互技术及新一代的操作系统。苏波认为,未来AR最主要、最自然的交互方式一定是脑波交互,不影响他人又能很好的保护隐私。但是目前脑波交互刚刚萌芽,离成熟还有相当长的时间。在此之前必须打通脑机接口,而如何打通,现在已经看到了希望。

“我判断脑波交互需要至少十年时间才能真正用于交互,在期间还有没有更好的交互方式能用于AR眼镜?在脑波交互到来之前,键盘、手柄、鼠标(指环)、语音、手势、眼动着这六种交互方式将会混合存在,并且2020年之前一定会发明一种可以让这6种交互方式自由按需切换的技术或平台。”苏波说。

何晖光认为,在AR/VR时代,尽管人机交互会取得很大进展,但脑机交互应该还不会成为主流交互系统。下一代交互系统应该是多模态智能人机交互,将使用人工智能技术,通过多种模态的信号(比如语音、文本、动作、表情等)实现人与机器的交互,其最终目标是使人机交互与人人交互一样便捷和自然。

在这层意义上看,苏波和何晖光都认为至少在相当长的时间内,脑机接口还不可能成为AR/VR的主流交互方式,混合、多模态智能人机交互才会是接下来的主流形态,而未来的终极目标是脑波交互。但是何时到来,尚无时间表。

责任编辑:马利亚


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