脑机接口科普0001——脑机接口的概念
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脑机接口,这个是当前比较火的一个概念。脑机接口,确切的写法应该是“脑-机接口”。也就是说,这个概念可以划分为三个词语来解释。
第一个是脑。
第二个是机。
第三个是接口。
脑的英文单词是Brain。
机,指的是计算机,指的是电脑。电脑的英文单词是Computer。所以这个机的英文单词就是Computer.
接口的英文单词是Interface.
所以这就是为什么脑机接口正确的写法是“脑-机接口”——中间必须要加一个破折号。
从字面含义可以理解,脑-机接口,就是指大脑和电脑之间的一个连接,使用一个类似插座的接口,把大脑和电脑连接起来。
但是每次打字写个破折号都是挺麻烦的。所以,在后面的描写中,我一般都把破折号给去除掉。
所以脑机接口对应的英文就是Brain Computer Interface.所以脑机接口的缩写就是BCI。
如果大家以后在文章中或者其他什么地方看到BCI,就知道这个BCI就代表脑机接口。
现在来分析一下脑这个词。
这个脑是指的什么脑?任何动物都有大脑,甚至我们肉眼看不到的微生物也有大脑。
通常而言,这个脑是指特定的人的大脑。
当然,科学家在做科学实验的时候,也有使用小白鼠的大脑和猴子的大脑做实验的。
但是,我们研究脑机接口的主要目的其实就是为了研究人的大脑,研究动物的大脑也是为了方便我们理解人类的大脑(比如猴子跟我们人类很相似,在猴子的身上做大脑相关的实验需要通过一些伦理道德的审核,如果使用人类来做相关的实验的话,可能不仅仅需要伦理道德的审核,法律可能就不通过)
分析完脑之后,我们再分析“机”。
机,是指的机器。
2014年,巴西世界杯上,一个高位截瘫的青年,使用脑机接口控制机械外骨骼,帮助他从轮椅上站立了起来,然后开了第一脚球。
理论上,脑机接口,是应该让大脑与外界的任何的机器进行链接的,这才是脑机接口的一个初衷。
机器,英文单词是Machine。所以,国内外有很多企业、公司、机构、学校、研究所等,会把BCI的缩写改为BMI,也就是Brain Machine Interface.
但是我个人认为,这种解释是牵强附会的。我个人的理解是,BCI是足够的精确的表达脑机接口的。
究其原因:
第一,Computer也是属于Machine的一种。即电脑也是属于一种机器。但是,电脑应该是21世纪为止,我们人类世界创造的最复杂的机器——没有之一。想想看,我们认为芯片是高科技行业,电脑里面就集成了很多很多的芯片,而芯片底层,集合了半导体技术,材料科学,以及数学等学科。芯片里面无论哪一个细节拿出了,都可以形成一个分支,从而在大学里面形成一门课程。
第二,Computer是需要使用电的,而Machine不一定需要使用电。从1600年就有人开始发现电的现象。也就是从1600年开始,西方自然科学的发展都伴随着对电的深入研究而蓬勃发展。可以说,21世纪任何行业都离不开电力。
我们人也是一种生物,是生物就会有生物电。比如电鳗就会产生很强大的电流,会把其他动物电死。
只不过,我们人体内的生物电很微弱。比如,我们去医院就可以检查心电图。
当然,有心电图,就会有脑电图。
我们目前研究脑机接口,研究大脑,除了生物学意义上解剖大脑,研究大脑的各个结构外,主要的一个研究方向,就是研究大脑的脑电。让大脑的脑电和外界的机器进行交互。
与外界的机器进行交互,其实本质上就是电的作用。
所以,基于电脑是带电的且是当前21世界人类世界创造的最复杂的机器,所以大脑选择与电脑进行连接。
想想看,我们中国古代人创建的机器有木头做的人工纺线机,也有木头做的人工踩的水车......外国人做得机器有烧煤炭的蒸汽机.......大脑怎么与这些没有电的机器打交道呢?很难。
最后,我们再讨论接口这个词。接口,就是Interface.以我们平常使用的手机为例。
墙上有个插座,手机这边有个充电的接口。使用充电线,让充电线的两端分别插在墙上的插座上和手机的充电接口里,这样,插座里面的电就可以源源不到的充电到手机内部了。就完成了通信。
也就是说,我们这边给大脑和电脑之间开了一个接口,使用一根看得见或者看不见的线,把人的大脑和电脑连接起来,就可以完成通信了。电脑可以“读懂”大脑里面想的东西,这样,人不需要任何的动作,就可以把“思维”传递给电脑,让电脑帮忙来控制外面的东西了。
以一张图,来表示脑机接口,大家会有更加形象的理解:
头上贴的一个个东西就是一个个的接口,头上戴的就是一个个接口引出来的导线,这个导线最终也是通过接口的方式,跟电脑进行相连接。这样电脑就可以读懂人脑的思想,从而完成脑机接口的功能。
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