脑机接口能否实现 DARPA的神经技术再掀浪潮

到目前为止，DARPA（美国国防部高级研究计划局）的神经科学项目部（也称为国防部疯狂科学部门）一直专注于可服务于那些因身体或大脑残疾回国的士兵的技术，例如，资助了对连接到神经系统的假肢的研究和对可以治疗创伤后应激障碍的大脑植入物的研究。

但军事作战的方式正在发生变化，DARPA的优先事项也必须改变。在上周庆祝DARPA成立60周年的会议上，官员们描述了神经科学研究的下一个前沿领域：让身体健全的士兵拥有超能力的技术。

“战士需要新的方式来与机器进行交互和进行互操作，”DARPA最新神经技术项目经理Al Emondi说，“但到目前为止，大多数技术都需要通过手术来应用到战士们身上。我们将改变这一点。”

下一代非手术神经技术（N3）项目将资助对这样的技术的研究：可在大脑和某些外部机器之间传输高保真信号而又不需要给使用者做手术以重新布线或植入装置。该项目于今年3月宣布，Emondi目前正在挑选将获得该项目资助的研究人员。他告诉IEEE Spectrum预计在2019年初发布相关公告。

DARPA也注意到，无需手术就能让人拥有超能力的大脑装置，可能会在军事之外的领域得到应用。DARPA生物技术办公室主任Justin Sanchez说，N3项目产生的概念验证（proof-of-concept）技术可能会带来消费类产品，“这将催生新的行业。”

这个项目有两个方向：一个是研究人员开发完全无创（completely non-invasive）技术，另一个是研究人员开发“微创”（minutely invasive）技术。这里对它们做一些解释。

完全无创技术：DARPA将专注于这一领域的研究，这似乎有些令人惊讶，因为已经存在很多无创神经技术。例如，将电极简单地放在头皮以检测脑电图（EEG，一种已经使用了几十年的用于读取大脑信号的技术）和做经颅直流电刺激（tDCS，一种震动大脑的方法，目前正在尝试用来治疗抑郁症、提高运动能力以及其他一些功用）。

Sanchez表示，这些现有的技术永远无法为DARPA设想的应用提供足够精确的信号传输。N3计划的目标是开发出新的无创技术，该技术可以实现目前只能通过嵌入脑组织的植入电极（因此与神经元具有直接接口）实现的高性能——要么在神经元“放电”而引发行动时记录电信号，要么刺激它们使它们放电。

N3项目要求无创技术能够读取信号并将信息写入1立方毫米的脑组织中，且这些药在10毫秒内完成。Emondi说，为了在即使有颅骨屏障的情况下获得这样的空间和时间分辨率，研究人员不得不寻找新方法来检测神经活动。“当一个神经元放电时，它会改变它的反射率——我们能捕捉到那个光信号吗？”他问道。“当它放电时，它实际上会发出声波——我们能捕捉到吗?”

微创：DARPA发明了minutely invasive这一措辞以避免与minimally invasive（也译为微创）这个术语相混淆。在医学上，后者通常意味着腹腔镜手术。DARPA不希望其新的脑技术还需要一个小切口，相反，微创（minutely invasive）技术可能以注射剂、药丸甚至鼻腔喷雾的形式将装置植入脑内。Emondi设想了一种可以放置在神经元内部的“纳米转换器”，当发出电信号时，它可以将其转换成某种可以穿过颅骨被接收到的其他类型的信号。

DARPA希望，在这个为期4年的项目结束时，所有研究人员都准备好了通过“国防相关任务”来演示他们的技术。例如，演示者可能会使用大脑信号来驾驶无人机或控制战斗机模拟器（就像瘫痪女子Jan Scheuermann在2015年使用了脑部植入物做的那样）。

当被问及这种技术的杀手级应用时，Emondi说他喜欢在“主动网络防御”中使用这种技术的想法，这种技术可能会让安全专家真正感受到入侵。“你并没有在网络之上，你就在网络之中。”他说。

在N3项目中开发的任何东西都只是概念的验证，在能被战士或普通大众广泛使用之前，都需要获得监管部门的批准。但随着硅谷的一些大公司也在致力于神经技术，面向消费者的大脑装置似乎很快就会出现。

DARPA的Sanchez说，让大脑技术易于使用将打开水闸。“我们可以想象一个这种技术将被如何使用的未来。但这将让数百万人去想象他们自己的未来。你想用你的大脑做什么？”