腦機介面（Brain Computer Interface）算是一個有點新的領域，伊隆馬斯克名下的公司Neuralink利用猴子展示了一些腦機介面的發展，以下是他們的影片
猴子嵌入了晶片以後可以純靠腦訊號控制球玩遊戲
雖然其中有很多道德的爭議，最近很引發熱議，但不得不承認，腦機介面是一個新興的科技發展領域
我其實一直都有在關注這個領域，這學期也剛好上了一門腦機介面的課，那就帶著大家一起慢慢認識這個領域吧
首先我們必須先定義何謂腦機介面，要不然後面的討論可能會出現一些分歧
腦機介面—定義
腦機介面，英文叫做 Brain Computer Interface (BCI)，也有人叫 Brain Machine Interface (BMI)，顧名思義是橋接腦與裝置的科技。你可能會想說那其實手機是不是也算一種呢，因為我也是用我的手在控制手機，而我的腦控制我的手，所以如果我用手機去操控例如說無人機，是否我也能說這是腦機介面呢？非常廣義來說，是的，但我們目前大家說的腦機介面是由裝置「直接」讀取中樞神經的訊號，並且轉譯進而達到控制其它裝置的目的。而中樞神經我們又特別聚焦在腦上，所以以比較嚴格的定義來說脊隨神經也不在定義裡。
腦機介面—目的
任何科技總是要有一個目的，不然做出來也只是無的放矢。依照Neural Engineering, 3rd Edition, Springer, 2020裡面的定義，腦機介面的目的是為了
取代（Replace）
直接以其他裝置取代原本身體的功能，例如用機械手臂取代原本的手臂功能。
回復（Restore）
藉由腦機介面的幫助，原本失去的身體功能可以恢復，例如讀取腦神經來刺激已經癱瘓的肌肉部位進而讓該部會正常運作
增強（Enhance）
增強身體的功能，例如讓電競選手更長時間專注在遊戲上。
補充（Supplement）
複製並增加原本身體的功能，例如第三隻手臂。
改善（Improve）
藉由學習腦機介面的操作來使腦神經生長，使原本可能已經喪失或沒有連結過的部分連結，達到改善原本身體功能的目的
我覺得不要太執著於哪種設計應該要屬於哪種，列出這些的目的是為了讓你更清楚腦機介面能達成的事，而不是要仔細分類，因為也是沒有人會考你哪種是哪種（好啦，我也不是老師所以我也不知道，搞不好有人會考？）
除此之外，我們還希望裝置可以提供一些刺激的反饋到大腦中，就像你用手摸東西一樣，你可以感覺到那項東西的觸感，就是因為手上的神經，提供了反饋到你的大腦中，但目前這方面的發展還不是很成熟，有些研究利用光或是超聲波的方式，但好像也沒有很突破性的結果，我之後有時間可以再跟大家做介紹
腦機介面—架構
目前的腦機介面有一定的架構，雖然之後的發展不知道會不會增加或減少，但就目前來說總共分為
獲得訊號（Signal Acquisition）
從中樞神經獲得神經訊號
訊號處理（Signal Processing）
因為獲得的訊號可能很微弱或充滿雜訊，所以訊號處理可能包含增強訊號（Amplifying Signals）、過濾訊號（Filtering Signals）。再著，我們要從訊號中獲得有用的資訊，其中可能包含計算訊號雜訊比（Signal to Noise Ratio）、取出特徵（Feature Extraction）、轉譯特徵（Feature Translation），中間可能包含一些統計或機器學習的方法來提供更好的轉譯，但目的都是為了區分不同狀態的訊號。
控制介面（Control Interface）
控制介面會藉由我們轉譯出來的訊號去達到控制裝置的目的。
展示面板或是外界刺激（Control Display/External Stimulation）
就像前面所說的，我們想要可以給使用者反饋，使用者藉由反饋可以再調整他的行為，或是說想法？畢竟是腦機介面嘛。目前比較常使用的方法就是用螢幕展示出來，跟使用電腦
一樣，這是比較直接且簡單的方法。也可以藉由其他方式來達到相同的目的，例如聲音、味道，但是還是換湯不換藥啦，就是要提供一個訊號給感官，再藉由感官傳去給大腦做調整。
裝置（Device）
這就相當直觀了，我們原本就是要利用神經訊號來達到控制裝置的目的，所以裝置就是你想要操控的裝置。
以上這些如果都做到了，我們稱為開放式回圈系統（Open Loop System），為什麼是開放回圈呢？因為封閉式回圈系統（Close Loop System）還要包含
反饋系統（Feedback System）
這系統提供直接的訊號的反饋給大腦，例如你拿一個東西不會只有我去拿東西的指令給你的手，同時你的手也會回饋給你杯子的感覺，材質、壓力、重量等等，當擁有這項功能的時候才被稱為封閉式回圈系統，真正的腦機介面也才能完整實現。
腦機介面—種類
腦在很多生物中，都是背骨骼保護住的，人類更是如此，所以要從腦中獲得訊號並不容易。現在的種類都是以獲取訊號的方式來分類的，其實目前腦機介面的種類有很多，原因，我個人覺得啦，是因為我們在獲得訊號方面，沒有一個很好的技術突破，每一種獲得訊號的方式都有他要犧牲的部分，例如最常看到的ＥＥＧ，他可以很快地獲得訊號，但是獲得的訊號並沒辦法的分別一些細微的訊號差異。各種不同種類我後面會再細分，我們先就兩大項來做說明好了，侵入式（Invasive）與非侵入式（Non-invasive）。
侵入式（Invasive）
侵入式就是以手術等方法，讓獲取訊號的裝置與腦神經有直接的接觸，進而從中獲得神經訊號。優點是獲得的訊號很直接、雜訊少，可以很精準的知道神經的狀態，缺點很顯而易見的，當然是要對身體組織造成破壞，而且這個組織是很重要的大腦，很有可能對生命造成危害，然而這個缺點也引出了另一個缺點，就是獲取的範圍較小，因為我們還是不想要對大腦造成太多傷害，所以通常插入的探針都只會聚集在一處，很難對整個腦做出全面性的理解。目前Neuralink公司就是使用侵入性的方式在做研發，這也是他很有爭議的原因。
非侵入式（Non-invasive）
非侵入式是利用神經傳遞訊號的時候會有的一些生理反應去做轉譯，例如最常見的神經的電訊號，還有非常有潛力的，利用神經需要氧氣及養分，而被觸發的神經需要更多氧氣及養分，所以血流量會增加的特性，監測血流量等。兩個的優缺點幾乎相反，優點是可以以不破壞組織的方式獲取訊號，大大的增加大眾想使用的意願，增加普及性，再來就是他可以獲得比較完整的大腦狀態，分析起來可能更具實用性。缺點就是訊號的雜訊多，訊號微弱，再來就是他基本上只能獲得大腦表面的神經訊號，太深層的訊號紀錄不到，所以很有可能無法很完整的破譯大腦的訊號。
腦機介面—挑戰
其實挑戰有很多，好像很難一一細數，我也不想講的太深入，但其中一個簡單來說，就是我們對於神經、腦、還有他如何產生並傳遞訊號不夠理解，再來就是很有趣的一點。原本我們的神經訊號是藉由神經傳遞到指定部位才作用的，現在因為我們直接讀取，他必須要直接作用。可能有點難理解，我舉個例子好了，例如我們要控制我們的手指，我們會有一個想要手指動的訊號在大腦中產生，然後這個訊號一路傳、傳、傳、傳到手指，然後手指就動了，我們並不知道中間的神經有沒有做一些其他的事，或甚至有一套神經網絡在轉譯類似訊號，讓大腦這個要讓手指動的訊號轉化成可以讓手指動的神經訊號，但是今天如果我們要利用腦機介面讓一個機械手臂的手指動，大腦傳出的神經訊號就直接代表了要手指動的訊號，兩者的差別我們並不清楚。
最後其實有一個很重要的點，大家可以想一想。目前的腦機介面，其實不像想像的一樣那麼美好，我個人認為也不像伊隆馬斯克在一次發表會說的可以存取人的記憶之類的，具體他怎麼說我有點忘記了。現在能做到的，其實只是研發者設計好一套決定好的動作或程序，你的腦是一個決定裝置要走向哪個結果的中間者。簡而言之，你的腦並沒有程序的主控權，就像遙控器的轉臺按鍵，你怎麼按就還是只能上一台或下一台，不能增大音量也不能跳到其他台，當然遙控器也可以設計成有音量鍵跟數字鍵或是其他按鍵，但那必須被提前設計好。但回頭想想，身體的各個部位不也是這樣嗎，你的手或腳也是只能上下左右移動而已，真正自由的或許只有你的思想而已吧，但或許就連思想也不是自由的？感謝你讀完，因為是基本介紹，所以可能乏味了一點，但是我相信其中有很多方面是值得細細品味跟思考的。有空我會在陸陸續續寫後續的。有什麼想法或意見歡迎分享留言喔。
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