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大脑的增强
2016年，巴西世界杯开幕式上，一位下肢瘫痪的球迷带上一个头盔和一套奇形怪状的外部骨骼，成功地为世界杯开球。
这个头盔背后就是脑机接口。
经常有人问我这么一个问题：随着脑机接口、大脑芯片植入技术的不断成熟，未来的人类是不是可以不用学习，就可以掌握各种知识和技能？
就像黑客帝国里的学习一样，只要将开飞机的程序上载大脑，马上就可以学会开贝尔212直升机了。
这个未来可以实现吗？
先说观点：不能，但可以极大地丰富和增强学习的体验（experience）。
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什么叫脑机接口？
脑机接口，简单来说，就是联通大脑和外部机器设备的信息处理器。
工作原理其实很简单，大概分为三个环节：
1、采集脑电波：采集脑电波信号并将其编码数字化
2、数字化和传输：将这个数字信息通过电缆、无线通信、网络等连接媒介传送出去
3、脑机接口设备执行：外部机器设备接收数字信号，将翻译成机器设备的行为
如下图：
以一个视频来举例：2004年匹兹堡大学猴子通过脑电波控制机械臂吃香蕉的试验（1分钟）。
来源：youtube.com
在这个试验中，猴子的脑部被插入了电极，电极收集猴子手部活动的脑电波信号。这个脑电波信息被脑机接口芯片数字化处理后，通过一个电缆传输给一台简陋的机械臂，机械臂机器将猴子手部的动作翻译成机械臂的角度转动、握香蕉等机器动作。
尽管过去了这么多年，但脑机接口实现原理没有变化，都是在收集和处理脑电波。
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目前的脑机接口可以做什么？
16年间，人类的脑机接口，尽管原理上没有变化，但实现的工程技术变化还是很大的。
首先，大脑和外部机器设备的连接方面，效率越来越高了。
2004年用的是直接的电缆连接，现在可以实现无线连接，比如，2017年就实现了8-10m蓝牙层面的脑电波数据连接，还比如，美国杜克大学还实现了：通过互联网网络，一只猴子在美国控制日本实验室的机器猴子行走。
来源：TED-Miguel Nicolelis -猴子通过意念控制机器猴
下图是马斯克所在公司Neuralink宣传片中插入大脑中的电极，可以看出，这个电极其实已经是很细小了。
最后，脑机接口设备发展很快，而且越来越丰富。甚至还出现了反向传送信号给大脑的脑机接口设备，发展迅速甚至更为快速。
比如，下图这种外部骨骼设备，就绕开了瘫痪病人的受损脊柱，帮助瘫痪病人实现一定程度的行走。
电影《明日边缘》中的机械外骨骼装甲，通过脑机接口，实现起来，并不会很遥远。
另外，还出现了反向传输信号给大脑的脑机接口设备。
比如，增强视觉脑机设备，可以将类似于外部摄像头所捕捉的画面，不通过眼睛，而是直接传送给大脑，让大脑“看到”外部世界。
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脑机接口的本质
脑机接口的本质，是对脑电波信号进行输入和输出的处理。
通过有效采集脑电波信号，并将这些信号翻译出来，让脑机接口设备来执行大脑产生的一些想法。比如可以操纵机器维修受损的核燃料、自如地操纵无人机、甚至共享他人的想法，实现脑-脑直接交流。
这个过程还可以相反，比如让盲人看到、让聋子听到、让哑巴说话，甚至可以让普通人增强视觉具备夜视功能，增强听觉功能，听到人耳之外的声波频率等。
随着脑机接口的不断进步，通过“脑机接口”，可以进一步提高人类大脑皮层和这些科技产品“连接”。人类很有可能部分数字化，成为某种程度的“电子人”。
比如，马斯克的Neuralink公司，2020年8月展示的最新成果，也仅限于读取三只小猪觅食、喂食等行为的脑电波信号，从这一点来说，这家公司的进展并不比2004更先进。
但脑机接口设备展示了非常光明的前景。特别是反向传输信息给大脑的应用，将会极大地扩展人的感知能力。
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人类的学习尊严 - 知识建构
脑机接口处理的是大脑信息，学习，也是大脑的关键工作。
考虑到人类的学习很不容易，很自然地联想，利用脑机接口，是不是可以提高学习的效率甚至替代人类的学习过程？
反向传送学习体验信息给大脑，肯定是可以提高学习的效率的，但不可能替代人类学习的过程，因为人类的学习，不仅是接收信息，还需要建构信息。
脑机接口处理的是脑电波的输入输出，并不涉及改变大脑的神经元结构。而学习刚好相反，学习就是改变大脑的神经元的连接结构。
从心理学的角度，学习的本质是认知的变化，从大脑的生理结构来说，学习的本质是发生了神经元之间的连接。
我们来看看下面这个视频：
当我们记忆了一些信息时，就表现为产生了一些神经元的连接。
同样，当我们能分辨一些分类特征或能做出一些判断这样的认知活动时，本质上，其实是在读取一些神经元的连接。
那么，输入一些脑电波信号进入大脑，是否会产生有效的神经元的连接呢？
答案是不能。
问题的关键是，这种有意义的连接需要信息的建构。
信息需要留存下来，就需要将短期记忆转化为长期记忆。认知要形成，就需要新的信息和大脑中原有的一些信息连接起来。
这个过程，叫建构和强化。是学习者刻意行为的结果，也是学习的基本条件。
建构的关键在于刻意连接和有效反馈，有三种主要的方式：
1、真实环境的实践练习
比如运动所需要的肌肉技能，就需要反复的练习，其中的力度、角度、各肌肉群的协同，非常精密。这种运动技能所需要的神经元连接，是经过真实世界的物理反馈反复纠偏强化而来的，而且，不同的人这个过程还不一样，换句话说，将一个人的物理层面的神经元连接复制给另外一个人，另外一个人并不会习得这个技能，因为他们的“身体硬件”是不一样的。
还比如，我们和不同的人的沟通，需要沟通技巧，沟通技巧的形成，也是需要反复的练习，不断试错，不断从他人的好恶、接受程度等反馈中强化而成，同样，不同人的沟通风格差异极大。
2、社会建构
人的认知建构方式，非常重要的还是社会建构，也就是和其他人互动的过程中得到知识。
这种社会建构形式多样，比如人际交流、分享、辩论、互教、观察、师徒教导等。
在此处添加文本段落一般认为，没有人际的反馈和强化，人是很难真正掌握一个知识技能的。
3、自我建构
自我建构的本质是自己给自己反馈。学习需要刻意地自我建构，比如反思、强制关联、复盘、否定、抽象归纳等。
一个人的学习能力，很大程度上与自我建构的能力强弱相关。
没有这个过程，也很难形成个人的知识体系。这个过程，没有办法通过脑机接口的信息输入完成。
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脑机接口，提高学习效率的路径
脑机接口尽管不能替代人类学习，但可以极大地增强学习的效率。
那就是：
1、学习的对象应该是一个整体性任务，而不是零散的知识点
2、学习新知之前，需要有效连接与之相关的旧知，产生连接点和触动
3、学习新知，需要有充分的例证
4、学习之后，需要马上应用和练习
5、学习之后，需要反思和变式练习或实践
看起来，2、3、4，特别是3属于信息的接收，这是脑机接口的作用领域。
比如学习大型机器设备的维修技巧，机器设备的三维视觉信息；手触摸、转动的体感；搬动、转动的肌肉力量感、机器运行时的机油气味和轰鸣声，都可以以极短的时间传递给大脑，作为示证的学习环节。
甚至，练习时，人练习的动作和动作之后，机器给予的各种物理反馈，都可以通过脑机接口以脑电波的形式从大脑输出脑机接口或脑机接口反馈给大脑。
这样就可以实现，没有任何的物理实践环境，但可以完成各种复杂实习实践的练习环节。而这样的环境，建设成本会非常高昂，或者练习过程具有各种安全风险，但在脑机接口的学习环境，这些问题都会得到轻松解决。
总结一下：
1、脑机接口可能是实现人的数字化的一种技术
2、脑机接口的本质是输入-处理-输出脑电波的过程
3、学习不仅仅需要信息的输入，更重要的是需要基于反馈的建构和强化
4、学习的建构是一个长期的过程，才能从生理上建立一系列有效的连接
5、脑机接口尽管不能代替学习，但可以极大地提高学习的效率
