什么是神经接口？神经接口在 XR 中不断演变的作用

神经接口正在大规模地模糊人类思维与机器之间的界限。过去，如果有人告诉我有一种电子设备可以 “读取我的思想 ”并与我的神经系统互动，我会想到《星际迷航》中的 “Borg”。

现在，这一概念正以各种方式迅速走出科幻世界，进入现实世界。特别是，神经接口正在彻底改变扩展现实的格局。它们为人类沉浸于独特体验和与数字内容互动引入了新的方式。

神经接口可以拓展 XR 领域 “空间计算 ”的潜力，使控制器（如 Meta Quest Pro 控制器）成为过去。随着 Meta 等公司不断加大对这些技术的投资，现在似乎是真正探索神经接口是什么、如何工作以及它们能为 XR 做什么的最佳时机。

什么是神经接口？

神经接口是与人类神经系统互动的电子设备。这些系统被植入大脑内部或外部，可以记录和刺激大脑活动。听起来似乎是个新概念，但它们的历史比你想象的还要悠久。

在医疗保健领域，人工耳蜗和外骨骼以及 “TENS ”系统都使用了神经接口技术的元素。肌电图（EMG）是另一种常见的神经接口设备，也是当今 XR 领域最受关注的设备。

从广义上讲，不同类型的神经接口分为三类：

• 侵入式接口：需要通过手术植入大脑的电子设备。Neuralink 的脑机接口芯片是最常被提及的例子之一。然而，侵入式神经接口也存在于医疗保健领域，例如“Synchron Stentrode”可以帮助重度瘫痪患者。
• 半侵入式接口：这些系统将电极置于颅骨内，但位于脑组织之外。同样，这些系统在医疗保健领域最为常见。它们用于人工耳蜗植入或特定治疗策略。例如，Neuropace RNS 系统使用神经植入物来帮助治疗癫痫。
• 非侵入式接口：非侵入式接口（XR 领域最具潜力的类型）使用外部传感器来检测脑信号。例如，Meta为原型 Orion AR 眼镜设计的腕带利用 EMG 功能来检测肌肉运动，而无需额外的摄像头和传感器。

神经接口如何工作？

神经接口的功能会根据所讨论的接口“类型”而略有不同。它们主要通过捕获、处理和响应人脑信号来发挥作用。神经接口功能涉及的阶段包括：

• 捕捉生物电信号：电极和传感器被放置在靠近大脑或肌肉的地方——无论机器想要从哪里获取信息。记录阵列从大脑中提取神经信号，以通知其下一步行动。
• 信号处理：收集信号后，解码算法会过滤掉多余的噪音，并将信息处理成有意义的见解和命令。通常，将信息转化为命令依赖于机器学习算法。
• 执行操作：解释后的命令随后用于完成操作，例如控制输出设备（例如 VR 耳机或机器人肢体）。它们有时还可以提供感官反馈，例如触觉响应。

XR 中神经接口的演变

一段时间以来，某些类型的神经接口在扩展现实世界中一直备受关注。早在 2019 年，Meta 就收购了一家名为 CTRL-Labs 的初创公司，该公司当时正在开发一款创新的EMG 腕带。

此后，Meta 进一步开发了这款 EMG 腕带，并在 Meta Connect 2024 上正式将其作为其 Orion 智能眼镜的配件推出。Meta 的腕带（类似于其他地方正在开发的其他腕带和 EMG 配件）可以解读来自大脑的控制手部运动的电信号。

这些腕带不依赖摄像头和传感器来实现手部追踪。它们可以非侵入性地解读大脑和手之间移动的微小电动机神经信号。

它基本上就是“手腕上的读心术”。腕带收集的信号可以转化为高度精确和准确的命令。例如，Meta 腕带可以检测到您何时试图用手指滑动应用程序或在扩展现实中握住物体。

这个想法是，这类设备将取代传统的输入设备，如控制器、鼠标和键盘。借助神经腕带，您可以通过自然移动双手来控制智能设备、浏览界面、打字等。

同样的神经接口解决方案不仅可以让扩展现实体验更加身临其境，还可以改变技术的可及性。它可以让行动不便的人以更先进、更准确的方式与数字内容互动。

超越 Meta：XR 公司投资神经技术

由于即将推出的Meta Orion 眼镜大受追捧，Meta 的神经腕带现在在 XR 领域获得了最多的关注。然而，其他创新公司也参与其中。

OpenBCI于 2023 年推出了一款神经驱动耳机的原型。这款名为 Galea 的混合现实设备结合了空间计算和神经技术，可以升级现有的耳机，例如 Varjo XR-3。

与 Meta 一样，这款耳机也利用了各种神经接口技术，首先是 EMG。面罩周围的传感器跟踪面部肌肉的运动，将其转化为耳机本身的动作和见解。除此之外，这款耳机还配备了皮肤电活动传感器，可以跟踪用户皮肤上的汗水和热量——类似于 Fitbit Sense 智能手表中的传感器。

此外，它还采用了 PPG 技术（心率感应技术），类似于许多健身追踪器和智能手表中的技术。这些工具可以创建一个传感器阵列，以实时收集用户信息并根据特定需求定制 XR 体验。

除了 OpenBCI，其他公司多年来也开始将革命性概念引入 XR 领域。例如，Neurable 因创建世界上第一款大脑控制的虚拟现实游戏而在 2017 年成为新闻焦点。现在，该公司正在开发新设备，并与军方合作开发新的训练系统。

NextMind 提供了一个开源开发工具包，任何开发人员都可以使用它来构建思维控制应用程序。这款产品在 2020 年 CES 上引起了轰动，同时还有来自同一团队的一款可穿戴“脑感应”设备。Emotiv 是一家为科学研究和个人使用制造脑电图监测耳机的公司，甚至提供各种具有神经接口功能的顶级耳机，例如 Emotiv Pro。

神经接口技术对扩展现实的好处

从广义上讲，神经接口技术的主要好处是它将使与沉浸式体验的交互感觉更加自然。

AR、VR 和 MR 领域的神经腕带等解决方案可实现数字世界和物理世界之间的无缝集成。它们让我们能够用手和手指来试验应用程序、构建产品，甚至以极高的精确度创作艺术品。

如果元宇宙的未来在于让沉浸式体验尽可能自然和有机，那么神经接口可能是成功的关键。

人们可以在 XR 中创建比以往更具控制力的原型。更精细的肌肉运动跟踪和直接反馈可以改善训练计划。医疗保健专业人员甚至可以使用神经接口进行远程手术。

这项技术可以彻底改变我们与计算机的互动方式，缩小人与机器之间的差距。即使在游戏领域，神经接口也开辟了新的领域。例如，Wisear 的神经接口耳机允许游戏玩家通过面部动作控制特定的游戏内动作。

此外，神经接口能够捕捉大量有关使用模式、运动、压力水平、心率等的数据，从而推动新时代的研究。它们可以帮助我们获得更深入的见解，从而帮助我们为身体康复或个性化学习和发展等构建更有效的 XR 解决方案。

神经接口技术的问题

随着人们对神经接口技术的兴趣不断增长，人们的担忧也随之而来。尽管 Meta 等公司承诺他们不会使用这项技术来“读心术”，但隐私和安全问题仍必须考虑。

如果 XR 设备能够捕获更多有关用户的个人信息，这对数据保护意味着什么？许多消费者担心零售商和其他公司可能会使用神经接口系统来了解他们比他们愿意透露的更多信息。

例如，一家公司可以利用神经数据来了解哪些类型的客户更有可能对特定产品做出积极反应。这将使他们能够更有效地调整营销和销售策略。然而，同一家公司可能会与第三方共享这些敏感数据，从而带来新的隐私风险。

此外，神经接口还可能错误地解释数据，从而导致其他潜在危险。例如，如果使用神经接口培训工程员工修理机器，错误解读的信号可能会导致耳机向工作人员发出错误指令，这可能会使他们面临风险。

除此之外，还需要考虑技术挑战。外部神经接口（非侵入式选项）在检测信号方面不如侵入式替代方案有效。大多数人都不想为了升级 XR 体验而将芯片嵌入到自己的头部，因此 XR 供应商不太可能开始寻找“侵入式”选项来解决这个问题。

即使他们能做到，侵入式接口也需要克服生物学挑战。研究人员仍在探索如何将嵌入式芯片造成的组织损伤降至最低。

XR 中神经接口的未来

XR 技术的高级神经接口仍处于早期阶段。不过，除了 Meta 之外，许多大公司都已经开始研究。根据之前的专利泄露，苹果似乎正在积极研究脑机接口。

Snap 还于 2022 年收购了总部位于巴黎的神经技术公司 Nextmind。然而，他们尚未透露是否正在为自己的智能眼镜设计神经接口。从广义上讲，这类“控制”系统似乎大有前途。在大多数情况下，公司可能会专注于非侵入式选项，例如 Meta 的神经腕带。

这可能为 XR 领域带来许多潜在好处。例如，想象一下参加一场沉浸式会议，您可以精确地操纵 3D 对象并构建原型，而无需使用控制器和传统外围设备。神经腕带将使这成为现实。结合触觉反馈解决方案和人工智能，神经接口可以为更好的培训和开发体验铺平道路。

神经系统可以实时跟踪你的压力水平、心率和微小的肌肉运动，并根据你的特定需求定制训练体验。不过，XR 开发人员仍需走过一条坎坷的道路。

他们必须在打造用户友好型技术与克服常见的道德、安全和隐私问题之间找到适当的平衡。不过，既然 Meta 已经展示了自己的神经腕带，我们认为许多新公司将开始效仿。在未来几年，非侵入式神经接口可能会成为 XR 用户的终极必备配件。