電影《阿凡達》劇照

　　近日，美國國防部高級研究計劃署(DARPA)在2013年的預算報告中，披露了一項名為“阿凡達”的尖端軍事科研項目，旨在打造一支通過遠程控制人腦作戰的“機器人軍團”。消息一齣，即引發全球關注。科幻電影《阿凡達》中的生物戰士真要走進現實？美軍有關腦控技術的研究進展如何？BCI技術將如何塗抹未來戰神的面孔？請看科技日報特約專稿——

　　2010年，科幻電影《阿凡達》在全球上映。影片中，受傷的退役軍人傑克靠意念遠程控制其替身在潘多拉星球作戰。3DIMAX版的畫面效果，想象瑰奇、氣魄恢弘的《阿凡達》，在帶給觀眾的一場視覺盛宴的同時，也將尖端科技主導的戰爭以科幻形式呈現在人們面前。如今，從美國國防部高級研究計劃署(DARPA)的預算報告中，我們發現，原來影片中出現的用意念控制“戰士”作戰，已經不再只是幻想。這就是BCI，又被稱作直接神經接口技術，一種可能改變未來戰爭面貌的“腦—機”接口技術。

　　神秘的BCI究竟是什麼

　　據了解，BCI技術有單雙通道之分，單通道BCI技術只能在同一時刻用電腦接受大腦指令或向大腦發送指令，而雙通道BCI技術則能在大腦和電腦之間同時建立起信息交互鏈路。目前，世界各國研發機構公開的成果，主要集中在單通道BCI技術領域，該技術通過直接採集來自大腦的神經生物學信號，並將其轉換為輸出指令，而不依賴正常的外圍神經中樞和肌肉組織輸出通道來實現指令傳送。

　　追溯歷史，我們發現BCI技術並不久遠。1973年，美國科學家維達爾首次産生了BCI技術的概念萌芽，時隔4年後，其將BCI技術初步定義為：一種能反映大腦功能內在機理微觀信息的計算機系統技術。與此同時，維達爾還以視覺刺激産生的視覺誘發電位(VEP)作控制信號，建立了一個操作者通過控制光標成功穿越二維迷宮的BCI技術系統。1988年，科學家法威爾和杜切爾利用P300事件相關電位(ERPS)實現了用大腦直接控制虛擬打字機的操作。1999年，第一次BCI國際會議給出了BCI的明確定義，即“腦—機”接口技術是一種不依賴於通常由外圍神經和肌肉組成的傳輸通路的通訊系統技術。

　　BCI技術的內在原理是，當一個人的大腦在進行思維活動、産生意識(如動作意識)或受到外界刺激(如視覺、聽覺等)時，伴隨其神經系統運行的還有一系列電活動，這些腦電信號(EEG)可以通過特定的技術手段加以檢測，然後再通過信號處理(特徵提取、功能分類等)，從中辨別出當事人的真實意圖，並將其思維活動轉換為指令信號，以實現對外部物理設備的有效控制。基於該原理，BCI技術系統像任何通訊及控制系統一樣，由輸入(如使用者的EEG信號)、輸出(如控制外部設備的指令)、信號處理和轉換等功能環節組成。

　　BCI技術系統的關鍵技術包括大腦神經生物信號採集技術、大腦神經生物信號處理技術及人機高效交互技術。一般BCI技術常用的輸入信號是來自頭皮或腦表面記錄的EEG，以及大腦內記錄的神經元電活動。信號處理環節就是通過對源信號進行適當的處理分析，把連續的模擬信號轉換成用某些特徵參數(如幅值、自回歸模型的系數等)表示的數字信號，然後將提取到的上述特徵參數利用分類器進行功能分類，從而産生操作驅動指令，通過物理傳輸裝置實現與外界的有效交流。

　　“技術制勝”是美國軍事戰略思維的重要特徵之一，不難理解，BCI技術的相關突破早已進入美國軍方的視野。

　　美BCI研究已經非常深入

　　美國國防部前副部長、軍控和裁軍總署前主任弗萊德查爾斯伊克萊，在其名為《國家的自我毀滅》一書中，對BCI技術的軍事應用前景給予了高度關注。他寫道：“目前已有數百個試圖將人腦同計算機相結合的獨立研究計劃。一開始，這些研究得到的資助很少，有些只是玩玩概念遊戲而已。但近期對人腦與電腦相結合的研究項目BCI技術得到了重視，在美國和歐洲的大學裏，這類項目的數量成倍地增長。”他進一步指出，“我們必須對人腦研究的發展進程加以關注。神經科學對人腦的功能——即智力、意志、情感和神秘的‘意識’功能——日益加深理解。在一些無需進入人體的新探測技術的幫助下，科研人員可以觀察人腦的思維功能。新的探測儀器包括功能磁場聲波成像儀，穿頭蓋骨磁震蕩儀以及陽電子釋放體層攝影儀等。這些儀器已經能夠提供人腦在從事特定活動時有價值的數據。近來，科學家已成功地使用納米感應器和熒光成像儀來觀察個別腦細胞的化學變化。”

　　與伊克萊的關注相呼應，目前，在美國DARPA的軍事科研項目中，也提到“該項目旨在利用腦機接口技術探索擴展人類機能，利用獲取的神經代碼進行整合和控制入侵式設備和系統。項目跨越多學科迎戰科技新挑戰，它將要求集合各學科的人員來完成通過大腦活動進行人類互動並直接控制機器的目標。”

　　此外，據我國軍事學者王蔚的研究，美國國防部近年來還執行了以下一些相關項目：製造在視頻信號中疊加視覺潛意識指令材料的設備；神經系統的潛意識聲音操縱，與共振頻率調諧的潛意識聲音脈衝，能夠激發人類的感覺共鳴；潛意識信息保護；無聲潛意識交流系統，運用超低、超高或近超生波等非聲音載體，將希望傳送的信息用調幅或是調頻的方式調製，用聲波或是振動的方式播送，特別是通過喇叭、耳機、壓電設備等送達對方大腦，引導其産生預期行為；向人的頭部發射特殊波形調製的100兆赫茲到10000兆赫茲的微波，在其頭部産生聲音。

　　除了上述研究項目外，DARPA還借助軍地雙方技術力量，研究超物理學、納米技術、機器人、生物技術、無性繁殖及人體冷凍學等學科對人大腦的影響。值得我們關注的包括以下研究項目：腦聽器，可以將聲音轉化為能夠沿著皮膚傳入大腦的電子脈衝；心靈及生理影響系統；無線電催眠發生器；旨在研究控制動物大腦的關鍵技術及相應的腦定位的“MKULTRA”項目，該報告稱其“對幾種動物行為進行遠程控制的可行性已經得到驗證。”

　　塗抹未來戰神的面孔

　　讀腦術一直是科幻作品關注的焦點。在別利亞耶夫的《大獨裁者》裏，主人公施奈德發明了無線腦波控制裝置，從最初的搶劫銀行，到後來與世界各國軍隊較量，施奈德一次次打敗了敵人。1939年，中國科幻作家顧均正也創作了同樣題材的《和平之夢》。在小説中，一個深入美國的“極東國”間諜嘗試用無線電干擾美國民眾的政治態度。此外，在中國科幻作家王曉達的小説《波》中，戰鬥也是以電波使對方飛行員大腦産生幻覺的方式獲勝的。

　　從科技進步與戰爭演進的歷史來看，曾經出現在科幻作家筆下的軍事技術在日後皆引發了軍事領域的變革。在一些人看來，留有科幻色彩的BCI技術距離走上戰場還十分遙遠。然而，從DARPA對相關科技的資助來看，制腦權戰爭何嘗不是未來軍事變革的一個趨勢？

　　對於DARPA正在努力攻關的軍事科研項目，2007年，美國軍事學者喬納森莫雷諾出版了一部名為《制腦權戰爭：腦科技研發與國家安全》的著作，該書全面介紹了美軍旨在打造未來“精英戰士”的計劃與前景。

　　其中，美國空軍正在積極研究如何利用腦電及肌體協同控制以提高戰鬥機飛行員的快速反應能力，其實施的ACT(替代控制技術，Alternative Control Technology)計劃中就包含了BCI技術的研究。此外，BCI技術還能增強軍事訓練的實戰性和對抗性，提高模擬訓練的效果，尤其能較好地解決軍事訓練中的反饋和過程回放問題，給軍事訓練的評估和方案的制定提供依據。當然，大多數BCI技術系統仍然處於實驗室研究階段，距離真正走上戰場還有諸多難題。但我們相信，隨著計算機科學、神經生物學等學科的不斷發展與交叉融合，BCI技術必將日趨成熟。

　　DARPA作為一座架設在基礎研究與軍事應用之間的橋梁，其本身就是一個帶有神秘色彩的特殊部門，其職能在於，永遠駐守在軍事科技創新的前沿陣地，竭力張開想象的翅膀，將自己的觸角伸向遙遠的未來，通過原始概念創新，引領武器裝備發展，以避免他國“技術突襲”，確保美國“技術優勢”。

　　可以預計，根據軍事技術先行發展的規律，BCI技術一旦取得重大突破，將會首先被運用於戰爭領域，並將取得出乎意料的效果。(曾華鋒石海明劉昱東 作者單位：國防科技大學)