科幻正成为现实，脑机接口离我们还有多远
科幻电影《机械战警》中，主人公墨菲遭遇事故，只剩下大脑和部分躯干，科学家为其打造完整的机械骨骼，墨菲通过大脑控制钢铁身躯，成为机械战警。
电影《环太平洋》中，人类能够通过脑神经连接操作机甲与怪兽搏斗，掀起了一轮机甲狂潮。
人类一直在幻想着有一天大脑能直接控制机械，取代肉体的缺陷。如果现在有人告诉你，这即将成为现实，是不是觉得很疯狂？事实上，这一天已经到来，这种技术就是本文要讲的脑机接口。
什么是脑机接口
脑机接口（brain-computer interface，bci）通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息，构建大脑与外部世界的直接信息传输通路，在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等领域有广泛的应用前景。
简单说，就是实现用意念控制机器。这意味着人与机器的主要交互方式，除了手工输入，以及近几年兴起的人工智能语音交互之外，还可以直接通过大脑向机器发指令。
目前的脑机接口技术可以分为两类，一类是侵入式，比如在大脑中植入芯片，还有一类为非侵入式，比如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子。
2014年巴西世界杯开幕式，一名腰部以下瘫痪的少年，通过bci控制的机器外骨骼从轮椅上站起来，向前迈出几步，踢出了世界杯的第一脚球。
目前正在应用的脑机接口工具
ø功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fmri）
规模：大（能够显示整个大脑的信息）
分辨率：空间分辨率为中低，时间分辨率为极低
侵入性：非侵入性
fmri 不是传统的脑机接口工具，但它是一种典型的记录工具——它能告诉你大脑内部的情况。
fmri 能够扫描整个大脑，生成三维模型。
fmri 的主要缺点在于分辨率，它扫描生成的图像确实会有一个分辨率，正如电脑屏幕上会有像素一样，只不过它的像素是三维立体的——也就是所谓的「体素」（voxel）；
其次是在于时间分辨率。fmri 所追踪的血流量并不精确，而且会有大约一秒钟的延迟。
ø脑电图（electroencephalography，eeg）
规模：大
分辨率：空间性分辨率极低，时间分辨率中高
侵入性：非侵入性
脑电图已经拥有接近一个世纪的历史，这种技术就是在脑袋上贴一堆电极：
一种完全非侵入性的脑机接口工具，脑电图可以记录下大脑中不同区域的电流活动，然后生成这样的结果：
ø皮质电图（electrocorticography，ecog）
规模：大
分辨率：空间分辨率低，时间分辨率高
侵入性：部分侵入性
皮质电图的原理跟脑电图类似，同样都会采用电极——只是这种技术会将电极放在颅骨下面，也就是大脑表面。
虽然有点可怕，但很有效，至少比脑电图的效果好多了。没有了颅骨的干扰，皮质电图能够获取更高空间分辨率（1 厘米左右）和时间分辨率（5 毫秒）的信息。
ø局部场电位（local field potential，lfp）
规模：小
分辨率：空间分辨率中低，时间分辨率高
侵入性：高侵入性
介入脑部的微电极，直径在 10 到 30 微米之间。局部场电位领域的一项最新发展是多电极阵列（multielectrode array），它的原理和局部场电位一样，只是它会同时在皮质的某个区域同时插上 100 个微电极，如下图在4毫米x4毫米的小方块上有100个细小的硅电极，最尖端只有几微米：
ø单细胞记录（single-unit recording）
规模：极小
分辨率：极高
侵入性：高侵入性
单细胞记录也是采用微电极，但是这种电极的尖端会变得异常细小，因此它的电阻也会大大提高。这种方式可以屏蔽掉大多数的噪音，但也会导致电极几乎探测不到任何东西——除非在它特别靠近一个神经元的时候（也许距离 50 微米），神经元发出的信号强度足以穿过电极的电阻。
由于这种方式可以探测到单个神经元的独特信号，而且没有背景噪音的干扰，所以现在我们就可以监视单个神经元的个体活动。这种方式的记录规模最小，分辨率最高。
另外还有一种电极可以更近距离地探测神经元，它们采用的是一种叫做膜片钳（patch clamp）的技术，这种电极的顶端会被移除，剩下一根细小的玻璃吸管（作者注：它的直径只有人类头发的 1/100），它可以将神经元细胞膜的一部分吸进玻璃管内，从而实现更精确的测量：
最后一种电极会真正刺穿细胞膜，并完全进入神经元内部，这种方法叫做尖锐电极记录（sharp electrode recording）。如果电极顶端足够尖锐就不会破坏神经元细胞——因为细胞膜会在电极周围闭合。
这种方式可以轻易刺激神经元，或者记录神经元内外的电压差。但是这种技术对神经元的干预时间不长——因为被刺穿的神经元无法长时间存活。
风口上的脑机接口（bci）
随着bci技术的成熟，众多“头号玩家”争相进入bci领域：
øneuralink
你可能知道，“硅谷钢铁侠”马斯克用tesla推动了电动汽车的迅猛发展，用spacex加快了太空探索的步伐，但你可能还不知道他创办了脑机接口公司neuralink来改造人类自身。人工智能时代以降，为了对抗强人工智能不可控的风险，马斯克正努力促进人机融合，将人类自身打造成人工智能，这或许是人类物种能够延续的最终路径。
马斯克说，“我认为，人们不喜欢的一个事实是，自己已经成为一个半机械人。与20年甚至10年前相比，人已经不是同一种生物，比如，许多人已经一刻也离不开手机。我认为，人在某种程度上已经与手机、笔记本、应用等融合在一起。”neuralink的目标是全脑脑机接口，能够与大脑的任何区域传输神经信号，它将成为综合的“数字化第三皮层”，人类将成为半机械人
øfacebook
2017年，facebook在f8开发者大会上揭晓了神秘的部门building8，并发布了黑科技“脑机语音文本界面”，用人话解释就是：不用动手，更不用说话，脑中所想会直接展示在显示器上。
发布会中facebook展示的一段来自斯坦福的实验录像，实验对象通过脑部植入电极控制计算机光标，能实现每分钟8个英文单词的输入速度。
ø2018年，中国电子学会近日公布的《新一代人工智能领域十大最具成长性技术展望（2018—2019）》里，智能脑机交互赫然在列
bci研究瓶颈
脑（brain）：人类对脑科学探索还处于婴儿期，如何在脑科学认知限制条件下研发bci？
机（computer）：带宽瓶颈——如何小儿巧地容纳大量信息？
接口（interface）：如何解决生物相容性问题？人的免疫系统排斥本体之外的”入侵”物体，如何让bci融入有机体？
脑机接口（bci）：伦理问题——试验阶段，如果开颅，可以做大量生物实验吗？推广阶段，如果读心实现，隐私何在？
bci的未来
那么，问题就来了，什么时候bci才能进入寻常百姓家？小编无法回答这个问题。
“我认为未来8至10年，脑机接口技术就可以用于普通人。值得指出的是，产品上市销售时间受到监管机构批准，以及各种疾病患者使用效果的影响。”
——马斯克如是说
比特币的核心缺陷可能是在于公共账簿
Agilent54645A乐价出售54645A示波器54645A
常用的电流互感器接线图分享
基于MachXO设计的PLD控制开发技术
高通能否对Intel霸主地位构成威胁？
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抗渗水性测试仪的原理及功能说明
口袋物联来科普-eSIM与实体物联卡的区别?
不一样的智能魔镜显示屏，带你玩转黑科技家居生活
中国制造，还是中国组装？
小米进军空调市场是坑还是创新
英伟达已给出报价，竞购以色列芯片设计公司迈络思
磁共振技术，无线充电应用普及关键
用于4组USB信号交换和路由的4选4矩阵模拟开关CH449
承德科胜打码机墨轮|河北包装机
破除制约障碍 移动支付“钱景”可期
国产高性能DSP音频处理芯片的工作原理以及应用领域
工业物联网解决方案：WIFI无线组网型温湿度实时监测系统
德国政府和汽车高管将就2030年电动汽车目标进行战略规划
国产车用MCU迎强手，对标国际大厂的底气从何而来？
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人类一直在幻想着有一天大脑能直接控制机械，取代肉体的缺陷。如果现在有人告诉你，这即将成为现实，是不是觉得很疯狂？事实上，这一天已经到来，这种技术就是本文要讲的脑机接口。
什么是脑机接口
脑机接口（brain-computer interface，bci）通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息，构建大脑与外部世界的直接信息传输通路，在神经假体、神经反馈训练、脑状态监测等领域有广泛的应用前景。
简单说，就是实现用意念控制机器。这意味着人与机器的主要交互方式，除了手工输入，以及近几年兴起的人工智能语音交互之外，还可以直接通过大脑向机器发指令。
目前的脑机接口技术可以分为两类，一类是侵入式，比如在大脑中植入芯片，还有一类为非侵入式，比如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子。
2014年巴西世界杯开幕式，一名腰部以下瘫痪的少年，通过bci控制的机器外骨骼从轮椅上站起来，向前迈出几步，踢出了世界杯的第一脚球。
目前正在应用的脑机接口工具
ø功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fmri）
规模：大（能够显示整个大脑的信息）
分辨率：空间分辨率为中低，时间分辨率为极低
侵入性：非侵入性
fmri 不是传统的脑机接口工具，但它是一种典型的记录工具——它能告诉你大脑内部的情况。
fmri 能够扫描整个大脑，生成三维模型。
fmri 的主要缺点在于分辨率，它扫描生成的图像确实会有一个分辨率，正如电脑屏幕上会有像素一样，只不过它的像素是三维立体的——也就是所谓的「体素」（voxel）；
其次是在于时间分辨率。fmri 所追踪的血流量并不精确，而且会有大约一秒钟的延迟。
ø脑电图（electroencephalography，eeg）
规模：大
分辨率：空间性分辨率极低，时间分辨率中高
侵入性：非侵入性
脑电图已经拥有接近一个世纪的历史，这种技术就是在脑袋上贴一堆电极：
一种完全非侵入性的脑机接口工具，脑电图可以记录下大脑中不同区域的电流活动，然后生成这样的结果：
ø皮质电图（electrocorticography，ecog）
规模：大
分辨率：空间分辨率低，时间分辨率高
侵入性：部分侵入性
皮质电图的原理跟脑电图类似，同样都会采用电极——只是这种技术会将电极放在颅骨下面，也就是大脑表面。
虽然有点可怕，但很有效，至少比脑电图的效果好多了。没有了颅骨的干扰，皮质电图能够获取更高空间分辨率（1 厘米左右）和时间分辨率（5 毫秒）的信息。
ø局部场电位（local field potential，lfp）
规模：小
分辨率：空间分辨率中低，时间分辨率高
侵入性：高侵入性
介入脑部的微电极，直径在 10 到 30 微米之间。局部场电位领域的一项最新发展是多电极阵列（multielectrode array），它的原理和局部场电位一样，只是它会同时在皮质的某个区域同时插上 100 个微电极，如下图在4毫米x4毫米的小方块上有100个细小的硅电极，最尖端只有几微米：
ø单细胞记录（single-unit recording）
规模：极小
分辨率：极高
侵入性：高侵入性
单细胞记录也是采用微电极，但是这种电极的尖端会变得异常细小，因此它的电阻也会大大提高。这种方式可以屏蔽掉大多数的噪音，但也会导致电极几乎探测不到任何东西——除非在它特别靠近一个神经元的时候（也许距离 50 微米），神经元发出的信号强度足以穿过电极的电阻。
由于这种方式可以探测到单个神经元的独特信号，而且没有背景噪音的干扰，所以现在我们就可以监视单个神经元的个体活动。这种方式的记录规模最小，分辨率最高。
另外还有一种电极可以更近距离地探测神经元，它们采用的是一种叫做膜片钳（patch clamp）的技术，这种电极的顶端会被移除，剩下一根细小的玻璃吸管（作者注：它的直径只有人类头发的 1/100），它可以将神经元细胞膜的一部分吸进玻璃管内，从而实现更精确的测量：
最后一种电极会真正刺穿细胞膜，并完全进入神经元内部，这种方法叫做尖锐电极记录（sharp electrode recording）。如果电极顶端足够尖锐就不会破坏神经元细胞——因为细胞膜会在电极周围闭合。
这种方式可以轻易刺激神经元，或者记录神经元内外的电压差。但是这种技术对神经元的干预时间不长——因为被刺穿的神经元无法长时间存活。
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bci的未来
那么，问题就来了，什么时候bci才能进入寻常百姓家？小编无法回答这个问题。
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——马斯克如是说
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