内容提要：

人机工程的研发和应用的初衷是，即通过自动化和机器人技术，实现人对机械、机器的更好操控和操作，提高生产力，同时帮助人类实现生产和生活的机器化、自动化和智能化

人机工程技术上的难题是，除了如何接收和识别各种不同的脑电波以成功提取人的准确意念，如是想要读书还是喝水外，还需要让使用脑机接口的人学会如何自我调节大脑活动，以便成功地操作这类技术，因为任何杂念和干扰都可能让意念操控机器差之毫厘，失之千里。

伦理的难题是，如果有人利用这样的人机接口来控制人或改变一个人的思想，就可以轻而易举地实现“洗脑”，成为一些人操控另一些人的工具。

关键词

人机工程、脑机接口、工程技术、工程伦理

案

例

分

析

1.背景介绍

脑机接口技术形成于20世纪70年代，是一种直接用大脑思维活动的信号与外界进行通信,甚至对周围环境进行控制的技术。脑机接口最初的目的是帮助四肢残疾和脊髓受损的人重新行走或重新支配上肢，以完成各种生理功能。

2018年11月份在某高校举行的电子科技展中展出了一位大学生的发明—人体意念控制书本自动翻页系统，这套系统能通过对脑电波传感器实现对翻书机翻书的动作，因此这套系统能为残疾人士提供更加智能化、人性化的帮助。意念翻书作为一项新的发明和创造，可以归属为人机（人脑）工程（界面）的研发和应用，当然也是第四次工业革命的要素。

随着信息产业的发展，逐渐形成了植入式和非植入式两个方式。这两种方式路径不同，但是原理是一样的，二者各有利弊。最重要的是，如果要对正常人应用人机接口，在技术上和伦理上都需要克服巨大的难题。

2.案例描述

某高校在举行的电子科技展展出了一位大学生的发明——“人体意念控制书本自动翻页系统”。这套系统能通过脑电波传感器实现对翻书机翻书动作的控制，俗称通过意念让机器翻书。使用这个系统的时候不需要任何的肢体动作，只需要通过简单的脑电波传感器就可以实现翻书。人体意念去控制书本翻页成本特别的低，该系统通过TGAM脑电波模块提取微弱的脑电信号，采集端将电信号转化成数字信号，再将数据通过蓝牙模块与STM32单片机进行通信，检测人是否眨眼，一旦检测到眨眼信号，单片机将立即发送命令以启动自动翻书装置，实现了翻页自动化。

实际上，利用类似的原理研发的装置早就有很多，如意念控制玩具、意念控制机械臂、意念控制轮椅等，比较有名的是霍金的轮椅，他可以通过意念来写文章和说话，实际上就是人的意识的表现形式脑电波被捕捉后，转化为数字信号输送到电脑（或到电脑后再转化为数字信号），后者与机械和机器相连，指挥机械和机器做出动作，如让机械臂倒水、递杯子，帮助残障人，不仅可以让他们正常生活，还能让他们像正常人一样工作。

3.原因分析

脑机接口技术研究尚处在发展期，技术上仍需解决一些问题，如脑机接口技术需要信号时空分辨率高、信息量大，能够实现对复杂脑功能的实时监测和对复杂任务的精确控制；解决脑组织与植入大脑的器件的相容性问题，延长电极的使用时间；提高信号的信噪比；解决体积大、便携性、移动性不佳问题。

针对目前脑机接口存在的技术瓶颈，下一步脑机接口技术的发展方向将会向更加精准、更加智能的方向发展。所应用的领域会进一步拓展，各领域的功能也将会进一步扩展，将朝着更安全、更精准、更便携、更智能、更平民化的方向发展。

（一）安全

脑机接口的首要问题是安全问题。无论是治疗型使用还是服务型使用，安全是第一位的，安全方面应解决的问题：一是减少植入式脑机接口对人体的伤害，包括植入式的手术伤害；植入后的电极与组织的相容性差可能产生胶质细胞包裹，不仅增大了电极与靶细胞之间的距离，同时这层包裹会使电极与组织绝缘，增加电极阻抗，以及可能产生瘢痕组织的伤害；神经微电极不能长期稳定记录产生的二次植入的伤害。二是脑机接口应做好个人隐私保护。三是防止技术异化为对人的控制，这包括机器对人的控制和人对人的控制等。

人身安全方面，植入式脑机接口技术会带来以下伤害，包括手术本身的伤害，因在脑内植入电极可能带来的脑部伤害，“脑控”时可能因为信息的导入或者输出错误带来的伤害，对于一直使用某个脑区或脑通路的长期效应的不确定性的伤害，极度依赖于脑机接口系统的患者（如闭锁症患者）可能的系统中断和更换的伤害等。

（二）准确性

由于大脑中信号庞杂纷扰，从中提取信号并解析信号的技术仍需发展，对于信息准确性尚无可靠评定。另外，大脑与行为之间的关系也非常复杂，大脑由多种信号共同决定一个行为，而这些信号与行为的对应关系还没有被完全、清楚地认识，贸然解读会带来很多潜在风险。例如，当一个需要由脑机接口控制外部机械臂来行动的人，面对一个充满诱惑的刺激如毒品时，大脑的奖赏系统可能希望获取毒品，而前额叶则会产生自我控制的信号以拒绝毒品。如果脑机接口仅依据奖赏系统的活动来决定个体的行为，机械臂解析相应信号，就会帮残疾人吸食毒品，产生违背个人意愿的严重错误。究竟大脑中有哪些相关信号共同决定了行为的产生，怎样的组合才可以最真实、最准确地代表个体决定将采取的行动，这些都是需要研究者进一步探究的领域。在没有探究清楚的情况下，无论技术如何发展，都难以避免错误的产生。准确性问题在大数据个性化预测中同样非常关键，特别是在犯罪意图等的判断上，错误的判断会带来严重的后果。

（三）自由意志

法律规定不能在违背当事人意愿的情况下强迫其做一件事情。但在某些情况下，他人可以替代当事人做出决定，例如在失去意识的情况下进行治疗；违背当事人的意志进行强制戒毒（吸毒患者）、强制治疗（精神病人）、强制隔离（传染病患者）、强制关押（罪犯）。除了前面的情况，还存在着不易清楚划分的情形，例如如对于一个成年的抑郁病人，或者轻度的痴呆病人，是否接受治疗是不是应该由病人本人决定。

（四）对合理性的界定

提高个体能力和身心状况是社会和个体活动的一个重要目的。但人们在发明、选择和使用某个能力提升手段时，会判断该手段的合理性。例如人们欣然接受并鼓励运动员通过不断的训练来提高体育成绩，但对运动员服用兴奋剂来促进表现则会施加一定的惩罚，而在使用高科技手段（例如更好的运动装备）上则存在激烈争论。脑机接口技术的一个重要功能是增强认知能力，该技术是否合理值得探讨。

（五）隐私

由于目前的研究已经涉及到“脑控”、“读脑”和“控脑”领域，其中涉及到很多隐私安全问题，例如，“脑控”中首先要对   ＥＥＧ 进行收集、记录相应的位点，收集的信息的管理和使用涉及到个人隐私。“读脑”方面，能够读取大脑信息必然也能够通过技术手段了解私人信息，预测人的想法和思维，可能有损人的尊严，甚至进一步了解人的记忆，使人在社会上成为别人眼中的“透明人”。   “控脑”方面，通过控制他人的大脑也能获取他人的各种信息，可能涉及到银行和账号密码、隐私信息等。

（六）公平

公平和平等是一个社会的核心问题。虽然不公平和不平等是一个社会的常态，也被社会所接受，但脑机接口技术所带来的公平和平等问题更值得深思。

但脑机接口技术仍然存在以下几个问题：

（1）由于人脑更庞大、更复杂，加之政策监管方面的原因，对人类大脑进行科学研究非常困难。

即使脑机接口技术在人类方面有很多实验性的突破，它也很难转化为临床实践。连线杂志早在 2005 年就对当时新推出的 BrainGate 系统进行了一次非常轰动的报道。在该项技术发展的早期，一家名为 Cyberkinetics 的公司尝试将其商业化，但并未成功。此外，NeuroPace   花费了整整 20 年时间开发技术、与监管方进行谈判请求批准，但据其预计，今年将只有 500 名癫痫患者能够被植入该公司的电极并使用其系统。时至今日，脑机接口技术仍需要专家操作。

（2）我们对大脑的工作机制，特别是信息编码的规律知之甚少。

即使我们研究清楚这些规律，也还需要生物医学工程的方法体系将复杂的神经系统复制、转移和保存下来。我们今天已经大体知道了生命信息的编码规律，但还是不能复制生命个体，要复制意识层面的个体，难度可想而知。但这个困难，无法阻挡科学家不断研究和发展相关的方法和技术，并用它们来帮助大脑和身体损伤的病人，使他们从束缚身体的“潜水钟”里解脱出来。

（3）完全没有达到读取和操控思维的水平。

当前任何一种脑机接口技术都需要使用者非常主动的配合，才能把一定程度的思维活动信息读取出来。至于思维活动信息的写入，更是加倍的难。我们的思维活动在时间上是连续的，在可预见的未来还无法像基因信息那样编辑。即使如此困难，仍有勇敢者不断尝试，比如MIT的Tonegawa实验室在过去三年中先后在转基因小鼠身上，通过光遗传技术实现了一个比特恐惧信息的删除、修改和写入。他们希望用这种技术帮助人们消除病理性的恐惧，甚至治疗老年痴呆症患者的记忆障碍。这种技术在人脑上的应用，还有很多难以逾越的技术障碍，并非如媒体所宣传那样近在眼前。

4. 结论和启示

总的说来，我们相信能够“共同适应”的双向脑-机互连应该会是创建神经桥梁时的必经之路，在这样的互连状态下电子装置会不断学习大脑的运作方式，并且在学习的过程中与大脑不断互动和反馈。

关于脑机接口的伦理学争论尚不活跃，动物保护组织也对这方面的研究关注也不多。这主要是因为脑际接口研究的目标是克服多种残疾，也因为脑机接口通常给予病人控制外部世界的能力，而不是被动接受外部世界的控制。（当然视觉假体、人工耳蜗等感觉修复技术是例外。）

有人预见，未来当脑际接口技术发展到一定程度后，将不但能修复残疾人的受损功能，也能增强正常人的功能。例如深部脑刺激（DBS）技术和RTMS等技术可以用来治疗抑郁症和帕金森氏病，将来也可能可以用来改变正常人的一些脑功能和个性。

国外媒体 The Verge 曾在 the big future 栏目中，谈及了脑机接口的一个方向：在大脑中植入设备，避免人类在工作的时候开小差或者走神。这些应用已经远远超出医疗领域之外，也让人们越来越担忧脑机接口的未来——如果设备可以插入大脑中，读取大脑的信息，控制人的思维，那么他人看到我们大脑中的信息也不会是难事，电影《盗梦空间》里窃取他人思想的事情也许会在现实中上演。不仅如此，一旦技术被滥用，会不会有利用设备控制他人而进行的犯罪行为出现？更恐怖的是，未来，人会不会被机器所控制？

在不远的将来，当脑-机界面的应用逐渐从帮助残障人群恢复身体功能过渡到增强人类个体能力时，我们必须要敏锐地意识到这其中存在很多问题，包括许可、隐私、身份认同、代理商、不平等之类。哲学家、临床医师还有工程师都在致力于处理这些关乎道德和社会正义的中心议题，并希望能在这个领域发展超出我们想象之前，拿出一份合乎道德的指南。