DARPA研發(fā)腦機交互頭盔 意念操控?zé)o人機無需植入電極

DARPA的下一代非神經(jīng)神經(jīng)技術(shù)（N 3）計劃已經(jīng)為六個小組提供資金，這些小組試圖建立與植入電極的性能相匹配但不進行任何手術(shù)的腦機接口。通過簡單地戴上頭盔或頭戴式耳機，士兵可以想象在沒有觸摸鍵盤的情況下命令控制中心; 用思想直觀地飛行無人機; 甚至感覺入侵安全的網(wǎng)絡(luò)。雖然技術(shù)聽起來很具有未來感，但DARPA希望在四年內(nèi)完成。

神盾局確有其局。而且現(xiàn)實版的神盾局，比電影里更瘋狂，它就是美國防高級研究計劃局（DARPA）。

著名科幻小說星球大戰(zhàn)里的絕地武士，依靠原力可以通過意識來操控物體。而DARPA要做的事情，不僅僅是通過意識操控武器裝備，還可能顛覆現(xiàn)有的認(rèn)知、教育方式。

而實現(xiàn)這一切不需要任何植入操作，只靠一個頭盔，一臺電腦。人類的大腦通過頭盔內(nèi)的無線神經(jīng)接口，從小處說可以操控?zé)o人偵察機；從大處說可以隨時載入?yún)擦肿鲬?zhàn)、沙漠作戰(zhàn)、巷戰(zhàn)等各種戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)，人人都是超能突擊隊！

一個頭盔即可實現(xiàn)腦機通信

2018年3月16日，DARPA生物技術(shù)辦公室公布了一個極具腦洞的項目，稱為“下一代非侵入性神經(jīng)技術(shù)”（Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology，簡稱N3）。

這是一個高分辨率的便攜式神經(jīng)接口，通過在人腦的多個位置同時讀取和寫入數(shù)據(jù)，不使用任何植入，實現(xiàn)大腦和電腦系統(tǒng)之間的高維通信，實現(xiàn)更高級的人機交互。

目前神經(jīng)科學(xué)與腦機接口是DARPA研究的重點領(lǐng)域，也是近年進展最快的領(lǐng)域之一。該領(lǐng)域覆蓋了感覺知覺、運動神經(jīng)、外周神經(jīng)、中樞神經(jīng)等不同接口技術(shù)，旨在增強士兵的認(rèn)知和決策等能力，大幅提升腦機交互和腦控技術(shù)。

同年7月，DARPA發(fā)布跨部門公告（BAA），開始向工業(yè)部門征求建議書，預(yù)計在今年年初授出合同。五角大樓給這個項目制定的預(yù)算，在2018、2019兩年總共2703.5萬美元，將近2億人民幣。

以務(wù)實著稱的軍隊當(dāng)然不會憑空造一個想法出來。N3能夠?qū)崿F(xiàn)的前提，源自現(xiàn)階段腦機接口領(lǐng)域的侵入性神經(jīng)技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展，能夠精確、高效地連接到特定的神經(jīng)元或神經(jīng)元組，已被應(yīng)用于腦損傷等疾病患者，只是還不適于健康人群。

該技術(shù)目前的也存在瓶頸，主要是腦電圖、經(jīng)顱直流電刺激等非侵入性神經(jīng)技術(shù)，還遠(yuǎn)達不到實際所需的精確度、信號分辨率和便攜性要求。

DARPA生物技術(shù)辦公室評估了生物醫(yī)學(xué)工程、神經(jīng)科學(xué)、合成生物學(xué)和納米技術(shù)等領(lǐng)域的最新進展，認(rèn)為實現(xiàn)高分辨率的下一代非侵入性神經(jīng)接口技術(shù)是非常有希望的，于是N3誕生了。

N3要求無需手術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率、高精度、低延遲、同時對多位置人腦信號讀寫。用手操縱無人機？不需要的；喊Fire后按下開火按鈕？不需要的。想法到位了，操作自然就到位了。

技術(shù)原理

DARPA生物技術(shù)辦公室項目主管Al Emondi表示，設(shè)想的N3技術(shù)具有50ms內(nèi)在16立方毫米體積的神經(jīng)組織內(nèi)讀取和寫入16個獨立通道的精確度。

每個通道能夠與大腦的亞毫米區(qū)域特異性地相互作用，具有可與現(xiàn)有侵入性方法相媲美的空間和時間特異性。可以組合各個設(shè)備，以提供同時連接到大腦中多個點的能力。

為了實現(xiàn)未來的非侵入性腦機接口，N3研究人員正致力于開發(fā)解決方案，解決諸如信號穿過皮膚，顱骨和腦組織時的散射和弱化等問題，以及設(shè)計解碼算法并編碼由其他模態(tài)（如光，聲或電磁能）表示的神經(jīng)信號。

N3的原理類似目前的微電極技術(shù)，是集成神經(jīng)記錄（讀出）和神經(jīng)刺激（寫入）的雙向接口技術(shù)。

該技術(shù)專注于兩種方法：無創(chuàng)和精創(chuàng)神經(jīng)接口。無創(chuàng)神經(jīng)接口通過外部刺激器和傳感器實現(xiàn)機器與腦神經(jīng)的直接通信；精創(chuàng)神經(jīng)接口將納米傳感器精確導(dǎo)入特定腦神經(jīng)位置，與外部傳感器和刺激器相互作用，實現(xiàn)機器與該位置腦神經(jīng)的直接通信。

無創(chuàng)神經(jīng)接口包括集成到身體外部設(shè)備中的傳感器和刺激器子組件。精創(chuàng)神經(jīng)接口包括讀取和寫入大腦內(nèi)部的納米傳感器，以及內(nèi)部納米傳感器相互作用的外部子組件集成設(shè)備。

N3接口還包括一個計算與處理單元，提供與任務(wù)相關(guān)的神經(jīng)信號實時解碼/編碼。

但是以上兩種技術(shù)，都需要克服非侵入性神經(jīng)接口的信號散射、衰減和信噪比等問題。

N3采用一些性能指標(biāo)來判定設(shè)備的有效性，這些度量標(biāo)準(zhǔn)有：精確度、通道數(shù)量、設(shè)備大小、感官信號、多焦點能力以及認(rèn)知指標(biāo)。其中主要考慮精確度、通道數(shù)量、感官信號以及多焦點能力。

N3采用groud truth的信號記錄方法來比較神經(jīng)信號讀取的精確度。通道數(shù)量是在一定腦容量內(nèi)的單個神經(jīng)元讀取或?qū)懭氲耐ǖ纻€數(shù)。

N3需要記錄和解釋感官信號的方法，感官信號包括看、摸、聽、嘗、說或聞等。N3需要多個雙向裝置，圍繞受試者頭部，實現(xiàn)不同腦區(qū)的交互神經(jīng)記錄和刺激。

價值2年/2億元的瓶頸

從需求上來看，美軍的N3項目需要利用士兵的超腦和腦控能力（通俗來講就是絕地武士擁有的“原力”）實現(xiàn)士兵與機器的無線腦機交互、與人工智能、半自動或者全自動武器裝備交互相結(jié)合。

這個時候，士兵的頭腦就相當(dāng)于一個生物CPU，可以更快速的實現(xiàn)決策和認(rèn)知，以及通過一年來控制武器裝備，例如無人機等。

但是目前有3大瓶頸阻礙了這項技術(shù)的實現(xiàn)。

從技術(shù)上來看，首先是信號散射、衰減和信噪比問題；其次是在實戰(zhàn)應(yīng)用中面臨的問題，如克服各種防護裝備的信號屏蔽，以及裝備了N3設(shè)備的士兵容易受到信號干擾、屏蔽的影響。

從人體生理和心理上來看，士兵的認(rèn)知負(fù)荷、包括人機之間的決策的比重，都是需要認(rèn)真考慮的問題。如果寫入士兵腦中的數(shù)據(jù)過多，很可能導(dǎo)致其出現(xiàn)精神或神經(jīng)性疾病。

從倫理和安全性上來看，這種讀寫方式和電腦之間上傳下載非常相似。如果真能實現(xiàn)，完全可以認(rèn)為它顛覆了人類的學(xué)習(xí)能力，以及教學(xué)方式，真正的“填鴨式”。

軍人做事一向雷厲風(fēng)行，盡管面臨種種不確定性，DARPA計劃4年時間，就能夠人機交互、操控?zé)o人機、主動網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng)或其他儀表化的國防部系統(tǒng)中體現(xiàn)該技術(shù)。

或許4年后，我們就能看到頭盔能量發(fā)生器了。