兰德报告：脑机接口军事应用和影响的初步评估

【编者按】2020年8月27日，兰德公司发布《脑机接口军事应用和影响的初步评估》（Brain-Computer Interfaces U.S. Military Applications and Implications, An Initial Assessment）报告。报告指出，脑机接口（Brain-computer interface，BCI）代表了一种新兴的、具有潜在破坏性的技术领域，随着美国军方越来越多地将人工智能和半自动化系统纳入作战行动中，BCI技术将成为扩大和改善人机协同、辅助人类操作以及先进的有人和无人作战团队的重要手段。同时，BCI技术受制于能力-脆弱性悖论（capability—vulnerability paradox），利益和风险相平衡，需要采取预防措施，以减轻对国防部业务和机构的脆弱性影响，并减少其潜在的伦理和法律风险。

1、介绍

脑机接口（BCI）技术是为增强或连接大脑和外部设备之间提供直接通信通道的方法和系统，具有双向信息流（大脑和设备之间），其在国防、国家安全、卫生和健康领域具有深远的潜在影响。它是一种高度颠覆性的技术，但迄今为止，对该技术的分析远远不够。

脑机接口技术军事应用的研究将BCI技术置于未来战争的背景中，包括人机协同。人机协同将在未来作战中发挥重要作用，而BCI技术将成为未来战争中的竞争优势。国防部前副部长罗伯特·沃克认为，“冷战时期的主流是装甲旅、机械化步兵旅、多管火箭系统营、自行火炮营、战术战斗机中队等。现在，军事领域的主流是机器学习和人机协同，这允许机器帮助人类作出更好的决定、辅助人类操作、将网络的力量带给个人、人机对抗合作以及自动化网络。”

国防高级研究计划局（DARPA）提出，“智能系统将显著影响我们部队未来的作战方式，现在是时候考虑人机协同的应用以及如何实现了。”

为了做好迎接未来世界的准备，国防部已经投资开发了能够让人脑直接与机器通信的技术，包括植入式神经接口，它能够在人脑和数字世界之间传输数据。在未来的战场上，人类思维很可能被用于人工智能软件或机器人，再通过传感器和机器将信息传回人脑，最终，人类和机器可以实现认知上的无缝协同、共同思考。

2、BCI技术总结

技术总结

BCI技术的重点往往是人机协同，这与战争趋势产生的需求一致。实际上，BCI技术提供了一种将人类的力量和计算机的优势结合起来的机制，并且现有的许多工作都致力于将这两种能力联系起来并产生协同优势。无论是通过屏幕、文本还是其他形式，人机交互的效率都是影响人类管理日益复杂的系统和信息的一个重要因素，而BCI技术能够显著提高这种效率。

不过，虽然人机协同仍然是军事技术发展的基石，但是BCI技术的优势在于不仅实现了人与机器的集成，而且全面利用人类能力。具体而言，BCI技术的应用通常分为以下几类：从大脑传输数据；直接系统控制；修复术和瘫痪的治疗；皮质耦合人工智能（用于训练或运行人工智能系统）；数据传输到大脑，以及脑与脑的交流。

关于从人类身体中传输数据，一个主要目标是评估认知能力。为此，美国陆军研究实验室正在利用3D打印技术制作出适合每个用户的头盔，然后结合脑电波传感器监测大脑活动。美国空军还在研发一种内嵌于飞行员中、基于摄像头的综合认知监测系统，以监测飞行员认知负荷和压力，头盔可以根据飞行员的身体和精神状态调整显示。

与从人脑中提取数据进行评估的系统相关的是直接系统控制的方法，即用户通过大脑活动无线控制机器。例如，DARPA、匹兹堡大学利用BCI技术，让一位四肢瘫痪的女性成功操纵飞行模拟器。

其他的研究项目集中在无人机控制上。在DARPA和陆军的资助下，“面向人的机器人与控制实验室”的研究人员能够实现用户控制一群无人机，该实验室的研究人员表示，这项技术在5-10年内可以应用于军事领域。

发展方向和技术挑战

从BCI技术的发展方向来看。首先，BCI技术的方向是传输高体量和高质量的数据。从人脑中提取和传输数据的保真度可能会提高，信号带宽可能会得到改善。例如，DARPA的NESD项目已经投资用于感觉恢复的植入式神经接口的研究，这种接口可能会同时激活一百万个神经元。

其次，虽然没有这种技术的概念证明，但是从人脑传输数据的一种潜在前沿应用是“远程跨防区无线评估”。这可能使指挥官能够从远距离评估士兵的状态甚至敌人的状态。同样地，BCI技术也可以用于汇总群体的评估。例如，BCI技术可以用来监测一个小队的认知负荷。对于直接系统控制，将需要更多的工作来转移复杂的操作或策略，以抵抗干扰。

然后，关于假肢，下一步是建立新的神经联系。目前，BCI技术在修复方面的进展包括将现有的神经元重新连接到物理系统，而更具挑战性的则是提供控制假肢（以及相关神经元）的能力。此外，直接向大脑反馈本体感受来改进假肢双向脑机接口控制还需要做更多的工作。数据传输至大脑的最终目标是向大脑提供直接、高保真的信息（例如单独的记忆植入）。这项技术目前尚不可行，但仍然是BCI技术的目标之一。

最后，BCI技术发展的一种前景是它与物联网的集成。国防部相信物联网可以通过实时监控物资和武器系统提高战备水平。物联网技术的军事应用能够让作战人员访问传感器和数据，而BCI技术恰恰可以增强这种能力。

BCI技术同样也存在技术挑战和风险，其重要的技术挑战是信号清晰度、有创系统提供的特定神经元靶向能力之间的平衡、无创系统的易用性。

3、操作注意事项

本节将围绕两部分进行讨论，第一部分考虑未来作战人员经验的相关特征，以推断BCI技术的潜在应用。第二部分来自美国军事研究机构的开源材料，以及与主题专家的讨论，以明确BCI在军事环境中的应用概念。该分析为BCI工具箱的引入提供了依据，该工具箱是兰德公司BCI TTX（TTX是table-top exercise的缩写，即桌面推演）的概念基石。

BCI技术与未来作战人员

作战层面，战争的特点和人类作战人员的作战经验在很大程度上由军事技术创新的快速进步所驱动。随着美国和潜在对手开发和部署新的军事技术，人机协同关系可能会发展，并对未来作战人员的认知负荷提出新的要求。关于BCI的潜在应用，未来的作战人员对其有更高的要求，包括从广泛的人机网络中消化和合成大量数据；由于人工智能、增强的连通性和自主武器的发展，决策更加迅速；监督更多数量和类型的机器人，包括无人机群。

BCI在未来作战中的潜在应用

一般来说，BCI理论上可以用来帮助未来的作战人员在较短的时间内作出更明智的决策，或者更有效地与更多的机器人系统作战。

实验研究表明，脑机接口可以提高人类决策的速度和准确性。在未来的BCI技术团队中，人工智能理论上可以将最初的数据分析从飞机或无人机直接传输到操作员大脑的相关中心，从而进一步减少认知负荷。

BCI技术还可实现更有效的人机接触，以帮助维持人类对操作决策的监督。

如果这种人工智能和自动化技术在军事应用的假设正确，那么BCI可能是唯一一种让人类在战争中有效参与决策并跟上机器步伐的途径。那么，在这个世界上，采用BCI技术并有效地将人与机器结合起来将不仅仅是一种战术优势，更是核心战略优势。

此外，BCI技术还可以为人类操作员带来潜在的优势，帮助他们在战斗中管理未来的机器人或机器群。

军事领域中BCI潜在的其他应用

对于今天的作战人员而言，BCI技术被证明可能有用的一个领域是人类操作者之间的合成心灵感应。它能够直接进入人脑，有助于指挥官提高对部队认知和心理状态的了解。此外，国防部还探索了BCI技术的其他应用，以提高作战期间或准备战斗时的认知能力。除了增强认知能力，脑机接口还可以用来减轻疼痛或调节诸如恐惧之类的其他情绪。在未来，改善人类传感器的BCI(眼睛可以看到不同的光谱，耳朵可以听到人类正常范围之外的声音)可能会提高步兵行动的态势感知能力。

4、通过国家安全游戏测试BCI能力

BCI技术能够支持国家安全和未来战争吗？为了证明这一点，兰德利用预测BCI技术未来功能的工具箱进行了一次TTX（桌面推演）测试。

表1列出了BCI工具箱的功能，这些功能可能在相对较短的时间框架内可用，以及较长时间内的预测。

表1 BCI工具箱

注：OODA是指观察、定位、决定和行动

为了对七个BCI工具箱在军事应用中的作用进行初步测试，我们进行了一个为期一天的游戏。游戏结果表明，BCI能力在城市战场上是有用的，这也支持了团队最初的假设。所有的BCI工具都被玩家使用过多次，所有的战斗功能都至少使用过一次。

在这项研究中确定的七种脑机接口能力中，参与者发现如下三种能力使用最多。首先，参与者优先考虑BCI技术对人机决策的支持，期望在混乱的战斗中整合来自多个来源的信息，或在战斗中加速决策；其次，通过BCI的直接系统控制可以为战斗人员提供半自动系统和无人机群的免提控制；最后，增强的身体表现将提供更好的听觉和视觉能力，或者更流畅地控制外骨骼。参与者指出，一旦人工智能和机器人技术的军事应用技术进一步发展，将会提高BCI工具的保真度和可靠性。同时，一旦敌方获得这些能力，这种功能的效用可能会变得特别明显。对这三种能力的进一步分析可以不断完善BCI技术的应用和应对相关风险。

5、潜在风险

BCI技术的潜在风险主要包括操作漏洞、机构脆弱性、道德和法律风险。

其一，操作漏洞。参与者普遍认为，在每一个新的脆弱性领域内，脆弱性的程度将取决于对BCI技术的依赖程度和该技术本身的具体特点。其中主要的弱点是，依赖BCI的使用可能会为敌方提供新的方法来阻止使用该技术，从而可能降低部队的作战能力。

对于任何新技术，包括物联网驱动的未来战场，过度依赖新的传输媒介都可能成为问题，而维护通信信道将可能是一个优先事项。然而，由于BCI技术上依赖于检测非常微弱的电信号，因此它可能存在一个特殊的弱点。除了信号被阻塞的风险外，还有敌人拦截和使用信号的风险。

其二，机构脆弱性。机构的脆弱性体现在信任、侵蚀单位凝聚力、侵蚀单位领导力两个方面。在信任方面，游戏中的部分参与者表示，作战人员可能会对BCI技术的实用性产生怀疑。虽然信任的问题并不是BCI技术所独有的，但它应该是未来政策的焦点。在侵蚀单位凝聚力方面，随着人类通过BCI与机器更加紧密地联系在一起，技术可能会对人际关系产生深远的影响，而传统上人际关系在战争中扮演着非常重要的角色，这种影响可能难以预测；侵蚀单位领导力方面，允许高级军官监控并与作战人员的大脑直接交流的技术可能会破坏领导的有效性，将微观管理扩展到新的领域。

其三，道德和法律风险。一方面是在军事任期内和退役后对BCI操作员的责任。目前，与BCI相关的健康风险还不完全清楚，BCI技术所提供的“超人”能力(如控制机器或增强认知能力)的消失，可能会引发心理伤害，而美国政府将对此负责。而且，考虑到与BCI相关的潜在安全风险，任何美国政府机构都需要考虑如何保护运营商知情和自愿同意的原则；另一方面是BCI操作员在使用BCI技术的战斗中所采取行动的责任。随着战场上人工智能的结合以及未来战争的加速步伐，可能会使国防部在使用武力的决定上保持“适当的人类判断水平”变得越来越困难。与BCI技术相关的可能改变人脑的认知和情感变化，引发了关于操作者责任的进一步问题，伦理学家得出结论，改变军人的恐惧和侵略性水平会“使士兵、他们的任务和整个社会暴露在增加受伤或死亡的风险之中。”

6、结论和建议

游戏和相关研究表明，尽管存在合理的担忧，BCI可能对未来的军事行动有用。同时，与大多数重大的技术进步一样，BCI也存在潜在的风险。为此，报告建议：

（1）扩展分析以阐明操作相关性和漏洞：未来几十年，不仅仅是技术机遇，运营需求和风险都将是推动BCI发展的关键。为了帮助支持这一需求，我们开发了一套系统的方法来评估BCI和其他超视距军事技术的潜在作战应用。

（2）解决信任赤字：这里主要指的是BCI的文化障碍，可以通过以下步骤减轻障碍。随着BCI融入到军事中，那些已经严重依赖机器技术的作战人员，以及那些对计算机或机器直接交互有更高要求的人员，可能更容易接受BCI能力。在未来几十年的研发过程中，无创措施不太可能遇到文化阻力。一旦BCI能力得到进一步发展，在将其引入战斗之前，对非战斗场景中的故障进行完整地测试，包括训练、数据处理和分析，将有助于加强信任并减少潜在的意外风险。

（3）合作和预测：随着新兴技术的加速发展，集成系统以及不同技术如何共同作用变得越来越重要。无论是通过加强大数据分析、加速精确决策，还是通过改善外骨骼、无人机群或半自动系统的控制，BCI技术都将成为整合人机系统的重要工具。然而，存在一种可能在不考虑其他和相关的新兴技术的情况下孤立地研究的风险。因此，应该为BCI的最终可用性作出规定，即使它的应用目前仍处于基础研究阶段。

（4）预先规划BCI对机构的影响：随着美国政府准备将BCI技术纳入未来军事作战，适当的机构规划将有助于确保BCI技术的顺利部署和执行。在研究阶段，继续将伦理、法律和社会考虑因素纳入研究资助十分重要。随着BCI技术在各个国家安全机构的推广，各机构希望为BCI的开发和应用确定明确的监督机制。最后，在军事领域中融入BCI技术后，国防部可能需要为大量额外的战士和老兵护理需求制定计划。

编译 | 李书峰/赛博研究院研究员

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