脑机接口技术赋能元宇宙

■ 文/徐若豪 李太豪 裴冠雄 汪严磊

脑机接口架起了现实生活和元宇宙之间信息沟通和互动的桥梁。这使得元宇宙体系中的虚拟人可以是现实人的数字化映射。这种映射将体现在行为和意识两个层面，并且在元宇宙体系中对这两者的展示将更加透明和公开。

元宇宙（Metaverse）是时下最受关注的技术领域之一，在产业界和学术界引起热烈反响，被认为是下一代沉浸式全真互联网、数字化人类的虚拟主题公园、各领域前沿技术发展必然形成的虚拟综合体，也是人类的身体和意识跨越物理时空的乌托邦。元宇宙作为未来人类生存的新型空间，其发展方向不能局限于创造一个与真实世界平行的虚拟空间，而应该如空气一般存在于人类生活中，让人类得以在虚拟与现实之间穿梭自如。以现有的技术水平来说，要构建这样一个与现实世界高度融合并且能随时接入的元宇宙世界将面临巨大的挑战，它需要人工智能、扩展现实、区块链、云计算等各种新兴技术的支撑。在各种技术赋能元宇宙的过程中，要真正实现自主生成、自然交互、自我沉浸和自由切换，脑机接口至关重要。

脑机接口助力自主生成

在元宇宙概念萌芽期，元宇宙中的三维世界和脑机接口技术频繁出现在科幻小说和科幻电影中。元宇宙的思想源头最早出现在美国数学家和计算机专家弗农·温格（Vernor Vinge）出版的小说《真名实姓》中。随后，美国科幻大师尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在小说《雪崩》中正式提出“化身（avatar）”的概念。虚拟化身被认为是构建元宇宙的核心基础元素，每个个体都化身为造物主，在虚拟世界中再造一个自我。在这个过程中，虚拟化身可以是生成真实世界的动态孪生体，以适应人类在元宇宙的生产生活，也可以是完全虚构的个体形态，形成独特的虚拟人文明。但是无论如何，人脑到机器实现的自主生成问题都需要解决。例如，我们在与其他元宇宙居民交流的过程中，如何驱动虚拟人的面部表情，从而表达情感、意图和想法。现有的技术手段更多的是依托于语音驱动表情生成，通过音素识别、编译解码、人脸建模等过程，实现音频和面部运动之间的非线性映射，并驱动3D 人脸动画。基于脑电信号的表情生成是未来一个研究趋势，我们可以通过脑活动，如同改变真实世界的表情运动一样来驱动虚拟人的表情，将社会化信息和情感元素在虚拟世界中予以实现和传递。

脑机接口助力自然交互

交互和沉浸是虚拟现实（VR）的两大主要特征。作为元宇宙的支撑技术之一，现阶段虚拟现实技术交互的手段主要包括手柄、数据手套、语音识别、眼动跟踪、动作捕捉等，在一定程度上模拟了真实世界中的交互行为。然而，这些交互手段往往需要依托复杂繁多的传感设备，或是借助手柄射线、手柄按钮等模拟鼠标键盘操作，进行长时间的学习和训练来熟悉使用方法，在效率和准确性上表现并不理想。脑机接口技术有助于打破现有传感设备的限制，通过人的意识直接驱动元宇宙中的生产活动，实现便捷的自然交互，进而显著提升虚拟空间的体验感。随着人工智能技术的迭代发展，脑机接口助力自然交互正逐步走向现实。例如：美国斯坦福大学的研究人员通过神经活动模拟打字，并实时转换为文本，效率和准确率均实现重大突破；马斯克创立的Neuralink 公司在生物脑中植入微小的柔性电极芯片，使脑机连接更加顺畅。这些将彻底改变人类的生活方式。

脑机接口助力自我沉浸

元宇宙的提出者早在近半个世纪前就幻想了一个通过脑机接口进入的虚拟世界，并获得与真实世界相同的感官体验。现阶段虚拟现实技术对于沉浸效果的模拟，更多聚焦于视觉和听觉领域。事实上，现有的VR 总是让人感觉沉浸感没有那么强烈。例如，VR 过山车体验可能由于视觉和听觉而产生兴奋或恐惧的感觉，但因为意识感知到方位上的变化与身体感受不匹配，所以无法形成真实世界中的失重感和压迫感。脑机接口可以从根本上改变这一现状，特别是双向脑机接口技术，即机器发出电信号来改变人类大脑的神经递质活动和电生理反应等，如刺激多巴胺的分泌、激活相关脑区。这将使个体体验到身临其境的感觉，如在虚拟世界触摸石头的感觉、高空坠落的失重感等，为人类提供视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等多重维度的体验。这一技术的难点在于要避免电刺激破坏大脑功能，必须保证安全可靠并符合伦理要求。

除了感官上的自我沉浸以外，如何实现精神沉浸是另一个值得探讨的话题。日本作家山本弘在2013 年出版的赛博朋克作品《艾比斯之梦》展现了在未来人工智能世界中，人类通过神经元芯片传递爱情信号。这意味着脑机接口的信号可以用来传递自我意识层面的内容，包括自我认同、情感认同、价值认同等，这将超越传统感官体验，使人类文明更好地在元宇宙中进行重构。

脑机接口助力自由切换

好莱坞导演詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）执导的电影《阿凡达》完美地诠释了人类通过脑机接口等技术在地球和潘多拉星球之间自由切换，此类题材的科幻电影层出不穷。由于元宇宙也被看成是物理空间、社会空间和信息空间的融合形态，脑机接口技术有助于将客观存在的物理世界、人类活动的社会文明、计算赋能的数字载体等无缝衔接，以此助力人类在三元空间的自由切换，并表现为3个重要的属性：一是万物智联，即通过脑机接口技术，以意识控制物理空间或虚拟空间的机器、智能设备等，进行更加直观和直接的交互；二是意识孪生，即通过意识在虚拟空间内建立真实事物的动态孪生体，是物理空间在虚拟空间中的映射，所有物理世界存在或不存在的场景都将在虚拟空间中实现；三是空间无界，即以脑机接口打破三元空间的壁垒，打破电子平面交互和人类感官体验的限制，真正实现三元空间随时随地自由切换。相信在不远的未来，随着人工智能、扩展现实以及脑机接口技术的逐渐发展和成熟，科幻小说和科幻电影中所描述的场景将逐步走向现实，给人类带来更多的惊喜。

“ 元宇宙作为未来人类生存的新型空间，其发展方向不能仅局限于创造一个与真实世界平行的虚拟空间，而应该如空气一般存在于人类生活中，让人类得以在虚拟与现实之间穿梭自如。

四个“助力”在经济发展应用中的重要前提

上述4 个方面的助力可以理解成脑机接口架起了现实生活与元宇宙之间信息沟通和互动的桥梁。这使得元宇宙体系中的虚拟人可以是现实人的数字化映射。这种映射将体现在行为和意识两个层面，并且在元宇宙体系中对这两者的展示将更加透明和公开。

鉴于上述特征，元宇宙在参与经济活动时也会与现实世界大不相同。首先，在经济行为的主体定义上，现实世界的规则如何对元宇宙的虚拟人进行约束？这将是社会治理和司法行政领域的重大挑战，也是第一元的规范要素。对这一方面的定义，更多会涉及对脑机接口信息映射属性的判别，如在元宇宙中什么样的行为才能被定义为与现实世界同等效力。其次，现实世界的隐私保护和安全体系将成为元宇宙世界有序运作的第二元规范要素。这种地位的提升是由元宇宙的根本属性导致的，因此在元宇宙体系中的执行要求和标准要远高于现实世界。对于这些核心隐私信息的加密，脑机接口的信息传输安全就成为第一道关卡。想必届时一定会有黑客从脑机接口的信息安全漏洞下手，对元宇宙进行侵入。最后，在经济运行的底层逻辑上，现实世界必须遵循自然发展的一般规律，但在元宇宙体系中现实人类作为“创世主”，是可以有权力和能力对客观世界的规律进行主观改变的。这种改变也会直接影响甚至颠覆经济发展的走向。此时，脑机接口的使命更多体现在功能的自我约束上。从早期信息的完全传输和映射，到更成熟阶段产生标准化的信息传输和映射规则，这些都会影响元宇宙构建过程中的各种规范和有序运作。

我们认为，以上3 点的解决将有助于催生出元宇宙在经济运行当中的各项规则和秩序。这种规则和秩序的搭建在元宇宙体系的逐步普及和实践中又是控制性的任务，也就是说，它会影响元宇宙在经济发展领域的部署周期。为此，我们呼吁更多领域的专家能够聚焦这3 个问题，在技术不断进步和突破的同时，为未来元宇宙体系的可持续运作做好充分准备。