DARPA研發腦機交互頭盔，意念操控無人機無需植入電極

DARPA的下一代非神經神經技術（N 3）計劃已經為六個小組提供資金，這些小組試圖建立與植入電極的性能相匹配但不進行任何手術的腦機接口。通過簡單地戴上頭盔或頭戴式耳機，士兵可以想象在沒有觸摸鍵盤的情況下命令控制中心; 用思想直觀地飛行無人機; 甚至感覺入侵安全的網絡。雖然技術聽起來很具有未來感，但DARPA希望在四年內完成。

神盾局確有其局。而且現實版的神盾局，比電影里更瘋狂，它就是美國防高級研究計劃局（DARPA）。

著名科幻小說星球大戰里的絕地武士，依靠原力可以通過意識來操控物體。而DARPA要做的事情，不僅僅是通過意識操控武器裝備，還可能顛覆現有的認知、教育方式。

而實現這一切不需要任何植入操作，只靠一個頭盔，一臺電腦。人類的大腦通過頭盔內的無線神經接口，從小處說可以操控無人偵察機；從大處說可以隨時載入叢林作戰、沙漠作戰、巷戰等各種戰術系統，人人都是超能突擊隊！

一個頭盔即可實現腦機通信

2018年3月16日，DARPA生物技術辦公室公布了一個極具腦洞的項目，稱為“下一代非侵入性神經技術”（Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology，簡稱N3）。

這是一個高分辨率的便攜式神經接口，通過在人腦的多個位置同時讀取和寫入數據，不使用任何植入，實現大腦和電腦系統之間的高維通信，實現更高級的人機交互。

目前神經科學與腦機接口是DARPA研究的重點領域，也是近年進展最快的領域之一。該領域覆蓋了感覺知覺、運動神經、外周神經、中樞神經等不同接口技術，旨在增強士兵的認知和決策等能力，大幅提升腦機交互和腦控技術。

同年7月，DARPA發布跨部門公告（BAA），開始向工業部門征求建議書，預計在今年年初授出合同。五角大樓給這個項目制定的預算，在2018、2019兩年總共2703.5萬美元，將近2億人民幣。

以務實著稱的軍隊當然不會憑空造一個想法出來。N3能夠實現的前提，源自現階段腦機接口領域的侵入性神經技術現階段的發展，能夠精確、高效地連接到特定的神經元或神經元組，已被應用于腦損傷等疾病患者，只是還不適于健康人群。

該技術目前的也存在瓶頸，主要是腦電圖、經顱直流電刺激等非侵入性神經技術，還遠達不到實際所需的精確度、信號分辨率和便攜性要求。

DARPA生物技術辦公室評估了生物醫學工程、神經科學、合成生物學和納米技術等領域的最新進展，認為實現高分辨率的下一代非侵入性神經接口技術是非常有希望的，于是N3誕生了。

N3要求無需手術就能夠實現高分辨率、高精度、低延遲、同時對多位置人腦信號讀寫。用手操縱無人機？不需要的；喊Fire后按下開火按鈕？不需要的。想法到位了，操作自然就到位了。

技術原理

DARPA生物技術辦公室項目主管Al Emondi表示，設想的N3技術具有50ms內在16立方毫米體積的神經組織內讀取和寫入16個獨立通道的精確度。

每個通道能夠與大腦的亞毫米區域特異性地相互作用，具有可與現有侵入性方法相媲美的空間和時間特異性。可以組合各個設備，以提供同時連接到大腦中多個點的能力。

為了實現未來的非侵入性腦機接口，N3研究人員正致力于開發解決方案，解決諸如信號穿過皮膚，顱骨和腦組織時的散射和弱化等問題，以及設計解碼算法并編碼由其他模態（如光，聲或電磁能）表示的神經信號。

N3的原理類似目前的微電極技術，是集成神經記錄（讀出）和神經刺激（寫入）的雙向接口技術。

該技術專注于兩種方法：無創和精創神經接口。無創神經接口通過外部刺激器和傳感器實現機器與腦神經的直接通信；精創神經接口將納米傳感器精確導入特定腦神經位置，與外部傳感器和刺激器相互作用，實現機器與該位置腦神經的直接通信。

無創神經接口包括集成到身體外部設備中的傳感器和刺激器子組件。精創神經接口包括讀取和寫入大腦內部的納米傳感器，以及內部納米傳感器相互作用的外部子組件集成設備。

N3接口還包括一個計算與處理單元，提供與任務相關的神經信號實時解碼/編碼。

但是以上兩種技術，都需要克服非侵入性神經接口的信號散射、衰減和信噪比等問題。

N3采用一些性能指標來判定設備的有效性，這些度量標準有：精確度、通道數量、設備大小、感官信號、多焦點能力以及認知指標。其中主要考慮精確度、通道數量、感官信號以及多焦點能力。

N3采用groud truth的信號記錄方法來比較神經信號讀取的精確度。通道數量是在一定腦容量內的單個神經元讀取或寫入的通道個數。

N3需要記錄和解釋感官信號的方法，感官信號包括看、摸、聽、嘗、說或聞等。N3需要多個雙向裝置，圍繞受試者頭部，實現不同腦區的交互神經記錄和刺激。

價值2年/2億元的瓶頸

從需求上來看，美軍的N3項目需要利用士兵的超腦和腦控能力（通俗來講就是絕地武士擁有的“原力”）實現士兵與機器的無線腦機交互、與人工智能、半自動或者全自動武器裝備交互相結合。

這個時候，士兵的頭腦就相當于一個生物CPU，可以更快速的實現決策和認知，以及通過一年來控制武器裝備，例如無人機等。

但是目前有3大瓶頸阻礙了這項技術的實現。

從技術上來看，首先是信號散射、衰減和信噪比問題；其次是在實戰應用中面臨的問題，如克服各種防護裝備的信號屏蔽，以及裝備了N3設備的士兵容易受到信號干擾、屏蔽的影響。

從人體生理和心理上來看，士兵的認知負荷、包括人機之間的決策的比重，都是需要認真考慮的問題。如果寫入士兵腦中的數據過多，很可能導致其出現精神或神經性疾病。

從倫理和安全性上來看，這種讀寫方式和電腦之間上傳下載非常相似。如果真能實現，完全可以認為它顛覆了人類的學習能力，以及教學方式，真正的“填鴨式”。

軍人做事一向雷厲風行，盡管面臨種種不確定性，DARPA計劃4年時間，就能夠人機交互、操控無人機、主動網絡防御系統或其他儀表化的國防部系統中體現該技術。

或許4年后，我們就能看到頭盔能量發生器了。