腦機介面 + 學習

（本文內容為使用者學習使用腦機介面的簡介，不是選擇研究方向參考。題圖為百度盜圖）（逃---

腦機介面是連接大腦神經活動與外界運動的橋樑，按照植入程度可以分為非植入、半植入和植入，按照用途又可以分為大腦狀態識別，控制游標等虛擬物品，控制機械臂或外骨骼等機械實體來方便人類了解自身並更好地控制外界。為了更精確敘述，本文中只描述控制游標的植入式腦機介面。此類腦機介面信號精度高，對於實驗室要求較少，因此被廣泛用於研究當中。

對於植入式腦機介面來講，技術瓶頸則是植入電極的持久度。由於大腦本身的排異反應和炎症反應，通常記錄到的細胞都不會很持久。但近幾年來，隨著生物材料、機械製造以及微電子行業的發展，長期植入式腦機介面越來越成為可能：將生物兼容性較強的電極植入大腦皮層，並在頭皮下埋置信號發射裝置，用無線的方式接受神經信號，就可以最大程度地避免感染，減少電極損壞。這樣的腦機介面可以用幾個月到數年之久。

腦機介面植入時間變長，使用者在使用腦機介面時就會熟悉腦機介面，進而產生一定的學習效果，這樣的效果可能有兩種——短期的調製，像是在泳池中走路，經過一段時間會適應水的阻力；也可能是長期的學習，像經常用乒乓球拍打球時，乒乓球拍成為自己身體一部分一樣。

傳統的植入式腦機介面為了預防這樣的學習會對解碼器產生干擾，採用先訓練，再使用的方法：在每次使用之前都經過一段時間的訓練。這樣的好處是使用時精度比較高，壞處是麻煩——訓練需要多個步驟，要逐漸優化才能達到理想。像Brown大學讓人控制機器手臂喝水就是用這樣的模式。

近些年來科學家在研究如果不進行這樣的訓練，任由大腦自己學習會怎樣。得到的結果比較有趣：大腦確實會學會一定的規則，在學習的過程中神經元傳遞信號的模式也會改變。神經元傳遞信號的方式是通過放電，像是敲0,1,0,1這樣的二進位編碼。當大腦學習了新的規則之後，原先是「0,0,1,0,0,1」的放電模式可能就會變成「0,1,1,0,1,1」。這樣的改變是由腦機介面設置決定的：如果腦機介面只採用一個神經元的放電率作為輸入量，那麼大腦會主動調控這一個神經元的放電率；如果腦機介面採用多個神經元的某一固定放電模式作為輸入量，那麼大腦在反饋學習的過程中放電模式會逐漸接近這個「目標模式」。

「學習型」腦機介面產生於幾十年前，而最近又進入科學家的研究興趣之中。在幾十年前，由於技術的限制 ，只用一個神經元的放電率控制一維游標完成任務。而獼猴也能學會使用這樣的腦機介面，完成任務得到獎勵。隨著多通道技術的發展，這樣的「學習型」腦機介面逐漸淡出人們的視野。最近對於學習型腦機介面的研究主要集中在科研而非應用上。

科學家在探究腦機介面學習的過程中提出了一些問題，比較重要的是對於學習發生的時間和學習的位置有較大的爭論。對於學習發生的位置，目前主要有兩種派別，一種認為學習是發生在初級運動皮層，皮層神經元的連接發生了改變，通俗來講，就像我們把乒乓球拍當成自己身體一部分。另一種則認為學習發生在更高級的皮層，也就意味著是使用者改變了使用策略，就像我們打乒乓球時，把球拍放在乒乓球下一秒可能出現的位置，而不是當前的位置上。然而這兩種假說並不矛盾，兩種學習可能都有，並且同時體現在適應腦機介面的過程當中。

雖然目前來看，這樣的腦機介面距離常人能用到還差好遠，但想想一下：在未來學會開車不是通過駕校的考試，而是通過用大腦連接一個像「阿凡達」一樣的模擬器，經過模擬器的不斷學習從而會平穩地控制車速；對於轉向、加減速予以精確的反應，就像動動自己手指一樣「易如反掌」是一件多麼不可思議的事。

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