脑机接口（BCI）： 人机交互的未来 大脑芯片会使我们成为电子人吗？人机交互应如何对BCI作出贡献？对未来产品的广泛分析、洞察力和人机交互概念。

什么是脑-机接口（BCI）？

脑机接口（BCI）或脑机接口（BMI）是用EEG、EOG和EMG方法记录大脑电信号的侵入性、部分侵入性和非侵入性设备。这些信号由电极收集，在人工智能驱动的软件界面上进行分析，转换为情绪或思想，并用于特定目的。人类治疗疾病的决心使BCI具有革命性。今天，BCI可以发挥以下功能：

1. 大脑到界面
2. 大脑到假体
3. 大脑对文本和图像
4. 大脑到大脑

发展过程

BCI的历史比我们想象的要久远。1924年，汉斯-伯杰发现了大脑的电活动，并通过EEG方法获得了这些活动。1970年，美国国家科学基金会授予加利福尼亚大学，计算机科学家雅克-维达尔开始了研究；然后，美国国防部高级研究计划署（DARPA）承包了这项研究。这项研究首次在科学文献中出现了脑-机接口一词。2021年，全球BCI市场为15.2亿美元，预计到2030年将达到53亿美元。

BCI的类型

• 侵入性BCI是种植在头皮内的微小芯片。它可以收集最精确的信号，因为它位于大脑上。由于成本、手术过程和未知的长期影响，它大多是科学研究的首选。
• 部分侵入性BCI有两部分相连；电极被放置在头皮下，但不在大脑上，因此获得大脑信号的能力较差，而外部部分被放置在头部，被认为比侵入性BCI风险更小。
• 非侵入性BCI是戴在头上的设备，如头盔或耳机，但不能收集精确的信号，因为头皮会吸收这些信号，但它是更有市场的产品，可供最终用户购买并用于个人使用。

BCIs让人类做什么？

开发BCI的目的主要是以医疗为导向。科学家们努力为有视觉障碍、运动障碍和瘫痪的人提供补救。这些补救措施为我们提供了这些尖端技术，以改善和缓解我们的日常生活，就像无障碍标准如何提高数字产品的可用性质量。

1. 从大脑到界面： 使用数字产品

• 2004年发表的研究报告展示了在数字界面上用BCI移动二维光标的成就，最近的研究仍在不断进步，以改善该功能。
• Neuralink致力于部分侵入性BCI，并实现了使用 “Neuralink应用程序 “控制鼠标指针和键盘。Neuralink计划开发一种侵入性BCI，允许人们在未来用他们的思想直接控制计算机和移动设备。
• Synchron公司开发了一种名为 “Stentrode “的侵入性BCI，网状电极放置在脑血管中，允许用户完全通过思想使用他们的数字产品。它正在等待FDA的批准。

2. 大脑到假体： 控制物理产品

• 1988年实现了第一个使用非侵入性BCI的机器人控制。2005年，BrainGate的侵入性BCI实现了对人工手的控制。
• 2016年发表的研究报告展示并记录了通过BCI的思想控制假肢的成就。
• UPMC（匹兹堡大学医学中心）实现了让一个四肢瘫痪的人通过思想来移动假肢和重新定位物体，并让另一个瘫痪的病人用同一个假肢来感受他的手指。
  密歇根大学的兼职教授Greg Gage实现了用思想控制 “另一个 “人的手臂。
• Meltin生产了一种消费者BCI “MELTz”，可以控制瘫痪者的电子假肢，让他们重新学习使用他们的手。

3. 从大脑到文本和图像： 通过思想来写和画

• 斯坦福大学在2021年发表的研究报告展示了让瘫痪的参与者以每分钟90个字符的打字速度写出他们的想法的成就，原始准确率为94.1%。参与者想象自己的手像写字母一样移动，而软件将其解码为数字。
• Synchron公司也实现了让用户通过他们的BCI Stentrode书写他们的想法。
• 赫尔辛基大学也在2020年实现了大脑到图像的传输。这个概念还处于早期开发阶段。

4. 脑对脑： 通过心灵感应进行交流

• 2014年进行的研究实现了让两个人用非侵入式BCI进行交流。受试者通过想象他们想说的话的字母来说 “hola “和 “chaio”，软件将其编码为二进制数字，并将其发送给其他人。
• 与非侵入性BCI一起工作的平台BrainNet，提供了一种多人相互交流的方式。根据2019年分享的研究报告，展示了让三个人用BCI在他们的大脑之间进行心灵感应的成就，平均准确率为81.25%。

BCI将如何影响人机交互（HCI）？

科学和技术是相互关联的；只要科学进步并找到一种方法来容易地生产这些功能，技术就可以廉价地将这些功能作为产品带给最终用户，供其日常生活使用。上述功能在未来肯定会进入我们的生活。最近的技术和BCI的相互关系和组合是未来的人机互动的范围，这将是为之建立的。

与其他设备和行为改变相结合

最近的产品已经超越了台式电脑；它们围绕着我们。我们把它们当作手表和耳机来佩戴，把控制权交给我们的汽车来自动驾驶，并让机器人来打扫我们的房子。特定的应用程序控制所有这些产品。我们可以给它们分配任务，它们就会运行；我们通过点击二维屏幕来完成这些任务。屏幕将永远留在我们身边，因为视觉是人类最常见的感觉，但我们对键盘或鼠标等硬件的依赖将结束；通过屏幕使用应用程序和实现目标将不会永远存在。

Varjo最近发布了他们的非侵入性BCI耳机XR-3和混合现实（MR）眼镜。通过结合VR/AR/XR/MR设备等可穿戴设备，这类创新将在未来逐渐增加。这些设备的尺寸将随着时间的推移而缩小，并通过扩散到物联网（IoT）和蓝牙设备来扩大范围。将这些设备与卫星互联网服务（如Starlink）相结合，将使BCI和物联网的组合可以随时随地使用。下面这些公司开发的BCI使这一概率成为现实：

• Bitbrain： BCI研究、非侵入式终端用户BCI和软件。
• Blackrock公司： 科学和学术BCI研究和开发。
• Emotiv： 终端用户非侵入性BCI和软件。
• Neurable： 面向终端用户的类似耳机的无创BCI。
• OpenBCI：开源BCI软件和终端用户BCI。

反向互动

目前我们所使用的设备具有最小的交互能力。最有能力的是我们主要为之设计的2D屏幕。声音和振动是其他的，而且通常是缺失的。匹兹堡大学医学中心让人用连接到BCI的人工手来感受自己的手的成就告诉我们，我们可以向用户传输信号，在未来感受视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉等人工感官。

因此，现有的无障碍标准将有望被更新和扩展到五种感官。人机交互人员除了要学习和执行神经科学和生物学基础知识外，还要学习用户体验方法论，为用户提供更好的交互设计。

用AI整合用户体验的权力下放

用户的数据对于创造个性化的体验总是很重要。如前所述，BCI可以收集用户的想法、情绪状态和荷尔蒙水平，并为我们提供对他们的即时状态的了解。所有这些数据将发生无限的可变参数，为用户创造所需的体验，这是用户体验团队或个人无法处理的。如果我们培养的人工智能足够高效、有意义和可靠地理解和推理用户的数据，它就可以为每个用户创造独特的体验。这就改变了现有的情况：

• 从： 由用户体验团队对所有用户进行静态和预定义的用户体验设置。
• 到： 由人工智能为每个用户进行适应性的和可变的用户体验设置。

基本上，这意味着通过将用户体验设计分配给人工智能，为未来由思想控制的认知产品分散用户体验。这种结构也可以为残疾用户和可变环境因素提供适应性的无障碍设置。

不出所料，今天人工智能已经成为用户体验框架的一部分；用户体验专业人士已经开始利用人工智能进行用户体验工作流程；今天用ChatGPT进行用户体验写作是可能的。ChatGPT可以理解语境，并创建适当的措辞来引导用户。另一方面，结合ChatGPT等人工智能模型，制作类似Siri的数字助理，并通过反向互动与数字助理沟通，比如在脑海中听到助理的讲话，用你的思想来控制它，这将使人机互动达到一个新的水平，这似乎并不遥远。

例如，人工智能的增长速度正在成倍增加。OpenAI发布的ChatGPT-4有100万亿个参数，而ChatGPT-3有1750亿个参数，而这两个发布日期之间的差距只有五个月；这证明很快就能实现上述所有概念。

区块链和BCI协会

当人们开始植入BCI并利用它们完成日常需求时，数字足迹追踪将成为最关键的安全要求之一。今天，当你转账时，只有你的银行知道；如果你改变了你的官方身份名称，只有政府知道，而且你必须在任何需要时与相关公司分享和展示这些信息。已经有一种技术可以满足这一不足。

区块链是包含任何人都可以访问的特定信息的加密代码的分布式账本。当信息被记录在区块链内时，它不可能被改变和删除。每个区块链包括数据–交易–、哈希–唯一的ID–和之前的哈希，以保持区块链与前一个区块链的联系。如果区块链与BCI相结合，所有用户的数据都可以分配给他们来负责，公司和政府可以利用它。

作为最接近的例子，在瑞典已经有数千人植入了DSruptive Subdermals公司开发的皮下植入物Bueno。Bueno允许用户存储他们的身份信息、健康状态、电子钥匙、名片、公共交通通行证和疫苗接种证明。

如果科技公司和政府将以道德方式进行合作，BCI的序列号可以可靠和正式地成为公民的身份证号码。这可能为用户提供可访问和负责任的隐私，并允许公司和政府观察用户/公民的全渠道足迹，以提供更好的服务和维护公共秩序。然而，这个概念引起了不同观点的考虑和担忧。

关于脑-机接口的考虑因素

在我们的大脑中拥有一个使我们成为超人的芯片可能看起来很刺激；然而，BCI的局限性影响了比人体更多的几个领域。当人们的大脑中拥有BCI时，可能会在公众中引起差异化？一个国家为其所有公民配备BCI是否安全？我们是否知道BCI的长期影响？这些问题都有答案：

医疗效果： 我们知道得够多吗？

从根本上说，BCI的开发是为了补救人，但与其他医疗手段类似，它们具有罕见的医疗副作用。此外，侵入性和部分侵入性BCI需要通过手术植入；根据研究，BCI可能导致以下情况：

• 组织上的感染
• 急性外伤
• 胶质瘢痕
• 降低睡眠质量
• 大脑可能拒绝BCI

这些是一些已知的短期但严重的副作用；我们对这些副作用的了解仍然不够。神经科学家密集开发BCI的时间约为50年，还不到人类的一生。同样的研究还建议观察BCI的未来影响，使其安全地用于一般用途。美国食品和药物管理局有一份关于侵入性BCI的指导意见。由于技术发展也支持医学，我们可以预期未来不会看到BCI的太严重的副作用。

社会和伦理方面的思考： 我们会转变为电子人吗？

当全世界有相当比例的人类人口被植入BCI时，他们将拥有一些额外的能力，将他们与未被植入BCI的世界人口分开，这可能会引起歧视。

耶路撒冷希伯来大学历史系教授尤瓦尔-诺亚-哈拉里（Yuval Noah Harari）被称为技术悲观主义者，他提出生物工程和人工智能将导致在2100年创造一个全球无用阶层和超人类阶层。

另一方面，使世界人口成为半机械人、思维追踪和读心术理论侵犯了个人隐私，这是关于BCI的伦理考虑，但阴谋论一直存在。然而，美国食品和药物管理局的《隐私法》和欧盟委员会的《通用数据保护条例》（GDPR）涵盖并限制了这类隐私的缺失。

官方视角： 现在谁是政府？

当各国公民被植入BCI，记录公民的情绪、想法和荷尔蒙水平时，这将理所当然地成为政府的安全问题。政府的基本职责是保护其公民、公共秩序和国家安全。幸运的是，在BCI整合方面，政府可以遵循一些法规和指导：

• 最全面的政府BCI法规是经合组织科学、技术和工业工作文件2022/01。该法规包括道德、法律和社会影响（ELSI）、消费者和数据保护等。
• 欧盟委员会为人工智能的可靠使用提出了人工智能条例的建议。
• IEEE（电气和电子工程师协会）为政府和科技公司发布了人工智能专业知识和安全声明，以正确和可靠地开发人工智能。
• 圣托马斯大学法律和公共政策杂志发布了一篇名为Neurolaw的论文： 脑机接口，涵盖了脑黑客和BCIs的其他重大缺陷。

假设政府采取负责任和前卫的行动，与BCI公司、大学和全球委员会合作。在这种情况下，他们可以利用该技术为所有人建立更好的公共秩序、国家和世界，而没有任何问题。尽管如此，仍然需要对BCI的公共和私人使用进行全面的监管，该监管必须由美国食品和药物管理局和欧盟委员会进行立法，并且必须得到全球所有国家的批准。

人机界面应该如何为BCI做出贡献？

技术的发展就像进化论一样，进步的奉献需要找到一种方式来进化并形成主流，然后侧流形成分形。例如，当第一台计算机被发明时，人机交互和用户体验的概念并不存在。今天，除了用户体验设计，我们还提到了用户体验战略、研究、写作、可及性、设计系统、设计-运营等等。这种结构必须不断发展，并与未来技术的相关领域联系起来，以造福人类。

理解相关学科

人机互动是关于人类和计算机之间的互动，顾名思义。目前的数字产品一般在二维数字屏幕上工作，由眼睛看到，用手指使用，但BCI将改变所有的结构，有多个触摸点，我们需要了解其基本原理：

• 神经科学： 人体的生物学基础知识是设计的主要限制。人脑将是人机交互领域与BCIs的新框架。理解人体的基础知识将提供对用户的分析，并为研究适当地提出人机交互的明智建议。
• Cybernetics和可穿戴产品： 次要的设计限制是计算机。只要我们了解设备的品种、能力和限制，我们就可以结合和利用它们的独特技能，为人们的需求创造功能性设计方案。
• 区块链： 在不遗漏任何信息的情况下安全地跟踪用户的数字足迹，将提供人工智能来产生去中心化的体验。区块链技术必须得到很好的理解才能有效利用，特别是对公司和政府而言。
• 心理学： 目前的用户体验设计结构依赖于角色来创造个性化的体验。我们将能够用BCI分析用户的情绪状态和荷尔蒙水平，我们必须理解心理学的基本原理，以提供方法学上认可的个人体验。
• 社会学： 全世界每个社会都根据其独特的文化有不同的心态。我们可以通过观察BCI的思想来预测几种类型的个人心理。我们必须充分了解社会学基础知识，以便为不同社会提供符合文化和文化道德的经验。
• 规章制度： 获得一个人的大脑数据并不意味着我们可以自由利用它们。当当局发布了世界范围内确认的法规，并且各国在其宪法中对BCI进行了规定，所有的法律和法规都必须被消化，以避免官方问题，并为用户提供高水平的隐私。
• 人工智能： 人性总是努力方便自己的生活，而人工智能是这个过程的里程碑。创造一个对人类友好的、无偏见的、拯救自然的人工智能的可能性就在我们手中；我们应该参与并促进人工智能的发展，而不是关心。

除了这些领域，必须详细了解人机交互的基础知识；Alan Dix的学术著作《人机交互》是实现人机交互领域的基本书籍之一。只要我们了解这些领域，我们就可以为用户研究和提供有用、实用、可靠的BCI服务。同时成为所有这些领域的专业人士是不可能的。随着这些领域与人机交互的交叉，新的专业将在未来诞生。

用HCI保证未来的安全

人机交互是一个人类和计算机相遇的领域。科学家和工程师努力开发他们的产品–计算机–的最大功能；生物学家努力保持人类的健康；政府的职责是保持公民和国家的安全，而人工智能正在发展自己。人机交互人员始终是产品的审核者，以保持产品的道德、安全和可靠。在这个阶段，人机交互者有更多的责任来审核BCI的每个阶段。我们是唯一能够将所有这些领域和谐地结合起来的社区，为所有人创造一个更好、更安全、更可靠的未来。

“如果你认为我们不能改变世界，那只能说明你不是那些会改变世界的人。”

– 雅克-弗雷斯科

翻译：云瑞设计
原文：Deniz Can Demir