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腦機接口可實現人類機器融合
2022-12-23
人類在腦後插入一條電線，便可進入虛擬世界；學習知識不需書本亦不花時間，只要將知識輸入大腦便可。這種情景是不少科幻電影的橋段，但原來這些構想並非無稽之談，是建基於已發展多年的「腦機接口」（Brain-Computer Interface, BCI）技術而推想出來的。 人類與電腦的交互由最初「鍵盤＋文字顯示」，到PC時代「鍵盤＋滑鼠＋圖形顯示」，智能手機時代的「觸摸屏」，再到VR/AR時代的穿戴式裝置。至於腦機接口，上世纪70年代已出現相關技術研究，上世紀末開始利用猴子進行實驗，成功後更運用到病人身上。 進入本世紀，腦機接口處於技術爆發階段。2014年巴西世界盃開幕禮上，一名全身癱瘓的少年穿上「機械戰甲」，利用BCI憑意念開出世界盃的第一球，令全球矚目。2019年更是BCI大放異彩的一年，美國腦機科技公司BrainCo做出全球第一種腦控機械的義肢產品──智能仿生手，馬斯克創立的腦機接口公司Neuralink則公佈已找到高效實現BCI的方法，隨後更在三隻已植入晶片的小豬身上成功讀取腦電信號。 腦機接口（BCI）究竟是一種怎樣的技術，竟然令電影情節般的人機交互可在現實發生。BCI其實是指大腦與電腦等外部電子設備之間的直接聯繫，這條新通道繞過周邊神經或肌肉系統等慣常路徑。具體是透過設備從大腦皮層採集腦電波等信號，將之轉成為電腦可識別的信號，經過處理後將信號轉化為指令，達到控制外部設備的目的。 易傷大腦 侵入式仍非主流 一個標準的BCI系統由4部分組成：信號採集、信號處理、控制設備及回饋環節，其中信號處理再分為預處理、特徵提取、特徵分類3個環節。信號採集主要考慮三個標準，包括規模（可記錄多少神經元）、分辨率（信息細緻程度）及侵入程度（要不要手術及其影響），當中侵入程度最受關注。因此，BCI技術分為非侵入式、侵入式和半侵入式三種。所謂侵入即是否要進入大腦，因異物放入大腦會產生風險，可能引發炎症或造成永久傷口。因此，非侵入式仍是主流，佔據市場絕大部份的份額。 採集信號之後便要分析信息，進行解碼和再編碼。由於採集過程中，有很多干擾信號，例如由電力系統引起的工頻干擾、參與者的眼動偽跡等都需要處理掉。不同的採集方法便有不同分析模型，如腦電圖（EGG）等，同時亦有不同的特徵提取方法，如腦電波P300信號的分析等。在分析之後便是再編碼，如何編碼取決於要完成甚麼事，例如需要控制機械臂拿取東西，便要編碼成相關的運動信號。 醫療健康 最普遍應用場景 控制設備部份主要是輸出信號並執行，將處理後的腦電波信號傳輸至已連接的設備器材，作為數據基礎加工內容，或回饋到終端機器形成指令。最後是回饋環節。在信號執行後，設備將產生動作或顯示內容，參與者將通過視覺、觸覺或聽覺，感受到產生的腦電波已被執行，並觸發回饋信號。 BCI系統有5大功能，即監測、替代、改善/恢復、增強及補充。以現時應用BCI最普遍的場景醫療健康為例，監測（BCI可監測人體意識狀態）、替代（BCI系統的輸出可取代因損傷或疾病而喪失的原本輸出）、改善/恢復（針對康復可改善疾病症狀或恢復某種身體功能）、增強（針對健康人士可提升和擴展機能）、補充（可增加腦控方式，補充傳統單一的方法）。 除了醫療健康外，BCI的應用場景亦伸延至其他領域，如智能家居、娛樂、軍事、教育等。智能家居主要是「補充」，BCI有如遙控器，人們可用意念開關電燈、大門及窗簾等。娛樂方面亦以「補充」為主，BCI為遊戲玩家提供有別於傳統的操作方式，運用意念控制VR界面的功能表。軍事應用則集中在「替代」和「增強」。BCI可協助操控無人裝備，代替人類執行高危任務；結合腦控和手控，更可發揮士兵最大潛能。教育方面主要用於「改善」或「恢復」，例如BrainCo擅長即時探測和訓練學生注意力，既可協助教師及時掌握情況改善教學，亦可提高學生專注程度。 關乎倫理 人機融合要多深 [...]
