【編者按】本文由作者授權，轉載自公眾號“學術plus”。
2022年9月，美國國會的下屬機構政府問責局（Government Accountability Office， GAO）釋出了題為《腦機介面》（Brain-Computer Interfaces）的焦點報告，介紹了腦機介面技術的原理與技術成熟度，腦機介面技術的風險、機遇與挑戰，並提出了政策制定者應考慮的4個問題。
BCI 技術可為使用者與元宇宙的互動提供新的方式。
1.腦機介面技術
腦機介面（BCI，brain-co
mputer interface）允許使用者使用腦訊號來控制外部裝置。使用者憑藉思想並利用腦機介面技術來控制機器，腦
機介面可以增強人與機器之間的互動，改善國防等領域能力。比如，作戰人員可以在戰場上透過腦機介面控制無人機。
此外，研究人員還開發了
透過腦機介面技術控制的機器手，
可以為使用者提供觸感。腦機介面技術透過允許使用者控制機器來擴充套件人的能力，如圖1所示。
圖1 BCI應用示例，包括智慧拼寫工具、智慧手機介面、BCI無人機、機器手
1.1 技術原理
新BCI使用者需要進行嚴格迭代的訓練過程。使用者需要學習如何產生BCI可識別的訊號，BCI會使用機器學習技術來翻譯這些訊號，從而操作BCI裝置。
一般來說，BCI與人腦連線的方式有兩種：植入式BCI裝置和可穿戴BCI裝置（圖2）。
圖2 植入式BCI（左）與可穿戴BCI（右）
植入式BCI
是指透過外科手術將BCI裝置直接與腦組織相連線，這種方式更加適合具有嚴重神經肌肉疾病或身體損傷的使用者。比如，癱瘓的使用者可以將植入式BCI置入特定神經元以重獲手臂的控制能力。植入式BCI可以直接度量來自人腦的訊號，減少其他組織的干擾。但植入式BCI也會引發感染、排斥等手術風險。為此，部分BCI透過大腦皮層電描記術（ECoG）來減少相關的風險，即將電極放置在頭部（非植入）。
可穿戴BCI
需要一個導體帽來度量頭皮上可檢測到的大腦活動。可穿戴BCI更加適合虛擬現實、遊戲、工業機器人等場景。大多數可穿戴BCI使用腦電圖學（EEG）來度量人腦電磁活動。最新的功能近紅外光譜成像技術（FNIRS）透過近紅外光
照射腦部，透過腦部血液流動來檢測大腦皮層活動與使用者的意圖。
為增強移動性，研究人員開發了使用
可移動方法的BCI來獲取資料，比如無線EEG技術。
這些方法允許使用者在自由移動的同時操作智慧手機或其他裝置。
1.2 技術成熟度
當前，大多數BCI都處於實驗階段。
研究人員在19世紀70年代測試了首個可穿戴BCI，在19世紀90年代測試了首個植入式BCI。近年來，BCI研究明顯提高，發表了上千篇學術論文。但目前只有不到40人植入了BCI裝置，而且都是在實驗條件下進行的。
BCI開發的主要障礙有兩個：一是每個人產生的腦訊號都是唯一的，二是如何度量這些訊號。
BCI研究主要關注生物醫學應用，比如幫助中風、身體損傷或神經障礙的病人。2021年4月，一個使用無線EEG的頭戴裝置幫助中風病人重新獲得手臂的控制能力，併成為首個獲得美國FDA批准的可穿戴BCI裝置。目前也有許多醫療用途的可穿戴和植入式BCI處於醫療實驗中。
研究人員也開發了軍事用途的BCI應用：
美國航天局研究人員使用BCI來幫助檢測飛行員和空管人員易犯錯的情景，並資助了Neurocog、RBSD等研究專案
美國國防部也資助了使用BCI技術來控制無人機的研究，如DARPA（美國國防部高階研究計劃局）和美國陸軍資助的Brain-Swarm Interaction and Control Interfaces專案
2.風險挑戰
風險、挑戰與機遇
2.1 風險
目前，已經有研究人員開始關注BCI引發的潛在的法律和安全問題。比如，駭客可能利用惡意軟體來攔截儲存在智慧手機中的腦訊號資料。美國商務部也在評估BCI出口對國家安全的影響。
2021年10月，美國商務部工業和安全域性 (BIS) 出臺新規擬將BCI納入出口管制。因為敵對國家可能利用美國出口的BCI技術獲得軍事或情報優勢。
BCI也可能會引發社會和倫理風險。可穿戴BCI的價格在幾百到幾千美元不等，可能會引發不平等的准入限制。此外，學習使用BCI需要訓練，可能會加重使用者的負擔。有研究人員認為，透過BCI將腦訊號翻譯為語言如果不準確可能會造成危害。比如，不準確的翻譯可能會產生使用者本不同意的授權同意行為（consent）。
2.2 機遇
BCI技術具有很多好處：
BCI技術可以幫助殘疾人
。受到身體損傷或神經障礙的病人可以使用BCI技術來進行溝通，重新控制其肢體；
BCI可以增強人的能力和人機互動
。在國防和太空領域，BCI可以加速和簡化人與機器之間的互動。同時，BCI控制的機器人也可以在危險環境下幫助使用者，比如在危險的煤礦環境下；
BCI有助於腦研究
。科學家可以利用BCI來改善人們對於大腦的瞭解。比如，有研究人員使用BCI技術來檢測植物人的情緒。
2.3 挑戰
BCI的挑戰既包括技術挑戰，也包括倫理和安全隱私挑戰。
技術和使用者挑戰
：每個人都會生成唯一的腦訊號，因此很難去進行度量。此外，學習使用BCI也需要進行大量的訓練；
倫理框架
：
BCI可能引發關於使用者知情同意的構成以及潛在不公平優勢等問題；
安全和隱私
：BCI可能會遭遇網路攻擊，比如竊取個人腦訊號資料和干擾BCI裝置的正常功能。
2.4 政策環境與問題
腦機介面技術目前主要處於實驗階段，也引發了安全、倫理和公平等方面的問題。GAO建議政策制定者考慮以下問題：
目前BCI的方向是商用和病人使用，該技術是否可以被所有人使用？誰來負擔其成本？
如何確保BCI擴充套件人類的能力處於被監管的狀態？
BCI可能會引發什麼樣的倫理問題？哪些BCI應用可能會引發倫理爭議？
採取什麼樣的措施可以緩解與腦訊號資料收集相關的安全與隱私風險？
3.評述
腦機介面是當前腦科學和人工智慧領域最活躍的研究方向，也是新一輪科技革命和產業變革的重要戰略方向。
當前腦機介面主要聚焦生物醫學應用和軍事用途，可以改善、增強這些領域人與機器之間的互動。
腦機介面技術有可能顛覆傳統的人機互動模式，實現人與萬物互聯。同時，腦機介面被認為是元宇宙的關鍵技術，可為使用者與元宇宙的互動提供新的方式。但腦機介面技術目前仍主要處於實驗階段，腦機介面技術在發展和應用過程中存在技術、安全與隱私、倫理和公平等方面的挑戰。