DARPA研發(fā)腦機交互頭盔，意念操控無(wú)人機無(wú)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(gè)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(jìn)行任何手術(shù)的腦機接口。通過(guò)簡(jiǎn)單地戴上頭盔或頭戴式耳機，士兵可以想象在沒(méi)有觸摸鍵盤(pán)的情況下命令控制中心; 用思想直觀(guān)地飛行無(wú)人機; 甚至感覺(jué)入侵安全的網(wǎng)絡(luò )。雖然技術(shù)聽(tīng)起來(lái)很具有未來(lái)感，但DARPA希望在四年內完成。

神盾局確有其局。而且現實(shí)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(zhù)名科幻小說(shuō)星球大戰里的絕地武士，依靠原力可以通過(guò)意識來(lái)操控物體。而DARPA要做的事情，不僅僅是通過(guò)意識操控武器裝備，還可能顛覆現有的認知、教育方式。

而實(shí)現這一切不需要任何植入操作，只靠一個(gè)頭盔，一臺電腦。人類(lèi)的大腦通過(guò)頭盔內的無(wú)線(xiàn)神經(jīng)接口，從小處說(shuō)可以操控無(wú)人偵察機；從大處說(shuō)可以隨時(shí)載入叢林作戰、沙漠作戰、巷戰等各種戰術(shù)系統，人人都是超能突擊隊！

一個(gè)頭盔即可實(shí)現腦機通信

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

這是一個(gè)高分辨率的便攜式神經(jīng)接口，通過(guò)在人腦的多個(gè)位置同時(shí)讀取和寫(xiě)入數據，不使用任何植入，實(shí)現大腦和電腦系統之間的高維通信，實(shí)現更高級的人機交互。

目前神經(jīng)科學(xué)與腦機接口是DARPA研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是近年進(jìn)展最快的領(lǐng)域之一。該領(lǐng)域覆蓋了感覺(jué)知覺(jué)、運動(dòng)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(mén)公告（BAA），開(kāi)始向工業(yè)部門(mén)征求建議書(shū)，預計在今年年初授出合同。五角大樓給這個(gè)項目制定的預算，在2018、2019兩年總共2703.5萬(wàn)美元，將近2億人民幣。

以務(wù)實(shí)著(zhù)稱(chēng)的軍隊當然不會(huì )憑空造一個(gè)想法出來(lái)。N3能夠實(shí)現的前提，源自現階段腦機接口領(lǐng)域的侵入性神經(jīng)技術(shù)現階段的發(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)，還遠達不到實(shí)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(jìn)展，認為實(shí)現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(wú)需手術(shù)就能夠實(shí)現高分辨率、高精度、低延遲、同時(shí)對多位置人腦信號讀寫(xiě)。用手操縱無(wú)人機？不需要的；喊Fire后按下開(kāi)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，設想的N3技術(shù)具有50ms內在16立方毫米體積的神經(jīng)組織內讀取和寫(xiě)入16個(gè)獨立通道的精確度。

每個(gè)通道能夠與大腦的亞毫米區域特異性地相互作用，具有可與現有侵入性方法相媲美的空間和時(shí)間特異性?？梢越M合各個(gè)設備，以提供同時(shí)連接到大腦中多個(gè)點(diǎn)的能力。

為了實(shí)現未來(lái)的非侵入性腦機接口，N3研究人員正致力于開(kāi)發(fā)解決方案，解決諸如信號穿過(guò)皮膚，顱骨和腦組織時(shí)的散射和弱化等問(wèn)題，以及設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(lèi)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(xiě)入）的雙向接口技術(shù)。

該技術(shù)專(zhuān)注于兩種方法：無(wú)創(chuàng )和精創(chuàng )神經(jīng)接口。無(wú)創(chuàng )神經(jīng)接口通過(guò)外部刺激器和傳感器實(shí)現機器與腦神經(jīng)的直接通信；精創(chuàng )神經(jīng)接口將納米傳感器精確導入特定腦神經(jīng)位置，與外部傳感器和刺激器相互作用，實(shí)現機器與該位置腦神經(jīng)的直接通信。

無(wú)創(chuàng )神經(jīng)接口包括集成到身體外部設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(xiě)入大腦內部的納米傳感器，以及內部納米傳感器相互作用的外部子組件集成設備。

N3接口還包括一個(gè)計算與處理單元，提供與任務(wù)相關(guān)的神經(jīng)信號實(shí)時(shí)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(wèn)題。

N3采用一些性能指標來(lái)判定設備的有效性，這些度量標準有：精確度、通道數量、設備大小、感官信號、多焦點(diǎn)能力以及認知指標。其中主要考慮精確度、通道數量、感官信號以及多焦點(diǎn)能力。

N3采用groud truth的信號記錄方法來(lái)比較神經(jīng)信號讀取的精確度。通道數量是在一定腦容量?jì)鹊膯蝹€(gè)神經(jīng)元讀取或寫(xiě)入的通道個(gè)數。

N3需要記錄和解釋感官信號的方法，感官信號包括看、摸、聽(tīng)、嘗、說(shuō)或聞等。N3需要多個(gè)雙向裝置，圍繞受試者頭部，實(shí)現不同腦區的交互神經(jīng)記錄和刺激。

價(jià)值2年/2億元的瓶頸

從需求上來(lái)看，美軍的N3項目需要利用士兵的超腦和腦控能力（通俗來(lái)講就是絕地武士擁有的“原力”）實(shí)現士兵與機器的無(wú)線(xiàn)腦機交互、與人工智能、半自動(dòng)或者全自動(dòng)武器裝備交互相結合。

這個(gè)時(shí)候，士兵的頭腦就相當于一個(gè)生物CPU，可以更快速的實(shí)現決策和認知，以及通過(guò)一年來(lái)控制武器裝備，例如無(wú)人機等。

但是目前有3大瓶頸阻礙了這項技術(shù)的實(shí)現。

從技術(shù)上來(lái)看，首先是信號散射、衰減和信噪比問(wèn)題；其次是在實(shí)戰應用中面臨的問(wèn)題，如克服各種防護裝備的信號屏蔽，以及裝備了N3設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(lái)看，士兵的認知負荷、包括人機之間的決策的比重，都是需要認真考慮的問(wèn)題。如果寫(xiě)入士兵腦中的數據過(guò)多，很可能導致其出現精神或神經(jīng)性疾病。

從倫理和安全性上來(lái)看，這種讀寫(xiě)方式和電腦之間上傳下載非常相似。如果真能實(shí)現，完全可以認為它顛覆了人類(lèi)的學(xué)習能力，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(shí)間，就能夠人機交互、操控無(wú)人機、主動(dòng)網(wǎng)絡(luò )防御系統或其他儀表化的國防部系統中體現該技術(shù)。

或許4年后，我們就能看到頭盔能量發(fā)生器了。