我国非治疗性脑 - 机接口研究的文献计量分析

执行摘要 “脑-计算机（或脑机）接口”是一类技术，它允许生物大脑和计算资源之间的直接通信，而无需语音，触觉输入或其他感觉器官的使用。通过有线或无线地连接到放置在颅骨上或颅骨腔内的接触点来实现连接。这些接口-“BCI”-主要用于治疗认知和神经损伤。 然而，随着相关技术的改进，现在将BCI扩展到普通人群是可行的，这可能会导致人类和机器这两种智能之间的综合。这种自然认知和人工认知的“合并”为一系列应用开辟了道路，这些应用可以为早期采用者提供战略优势——这一前景在中国并没有消失。 本研究回顾了中国的论文和专利，以获得与中国科学家的愿望相一致的研究证据-在先前的CSET研究中捕获-朝着BCI实现的认知增强状态发展。对数百份中国文献的文献计量分析表明，中国接受这一目标，并有实现这一目标的现实途径。中国在非侵入性和侵入性BCI方面的研究处于世界一流水平，这要归功于相关学科领域的本土工作以及中国对外国设计进行基准测试的能力。 尽管与外国，尤其是美国专家的合作是中国成功的一部分，但分析表明，对中国BCI项目的全球投入占研究的少量且正在减少，这在合著模式中得到了证明。 该研究首先介绍了其假设和方法，然后详细介绍了我们的分析表明最有可能在中国非治疗性BCI中取得突破的机构和人员。脑机接口的医学用途虽然不是研究重点的一部分，但由于它们是中国BCI研究的重要基础，因此在需要的地方被引用。 时间短的读者可以跳过初步部分，直接进入“专家评估”以概述论文的实质性发现，这些发现是：中国科学家正在成功地研究各种BCI技术和应用，重点是信号处理，新材料以及检测认知和情绪状态。这些努力在复杂程度上与美国和英国的努力相当，并使中国在人机智能合并后实现了一个良好的目标 。 这项研究是乔治敦大学安全与新兴技术中心和伦敦国王学院战争研究系分析师的共同努力。它完全基于中国的开源，并受益于神经科学专家提供的见解。本文建议建立一个开源监控程序，以跟踪中国在国家安全和安全方面的发展。 目录 .........................................................................................................................................................2 Introduction5 来源和方法7 中国的BCI机构10 中国的BCI科学家16 中国的BCI公司23 内容分析27 全局依赖关系35 Recommendations39 Authors41 Acknowledgements42 尾注43 Introduction CSET分析师先前的研究强调了中国通过利用人工智能的进步来“融合”人类和机器智能的努力。1这一目标，在中国2017年《新一代人工智能发展规划》中公布，2在中国被隐喻地理解为人机相互依存，但从字面上看，在构建复制人类认知特征的AI的意义上，这两种类型的智能之间的区别也消失了。（至少）有三种途径实现后一个目标，中国正在追求其中的每一种。3 中国科学家正在对负责认知的结构和功能神经通路进行建模，这些努力是“受大脑启发的 （类脑）“在严格意义上。4 中国还在追求“传统”和生成机器学习（ML），旨在通过大型语料库的训练来获得类似人类的表现，其目标是模仿或超过人类认知能力的人工智能（AGI）。5 最后，中国正在利用最初在治疗学中开发的脑机接口（BCI），通过将大脑直接连接到计 算资源来增强人类认知和人机合作。6 这最后一条通往高级智能的道路是本研究的主题。虽然这三种方法的理论成果——得到中国科学家的认可——都是合成智能或增强通用智能的形式，但脑机接口也可能支持混合智能，在这种智能中，人类的意图驱动着越来越强大的合成能力。 BCI是生物大脑与外部设备（通常是计算机）之间的直接通信路径，最初设计用于治疗晚期肌萎缩侧索硬化症（通常称为ALS）中中风或锁定综合征后的瘫痪等病理。7尽管该技术自1970年代以来一直在发展，但材料，放置策略（基于理解认知功能的神经基础），信号处理技术的最新进展 andmachinelearning(ML)haveimprovedtheirfunctionality,openingthewaytonontherapyuses,suchascognitiveenhancingandcontrol.BCIcanpotentially: 启用超出常规接口的高带宽连接。 获取私人信息（例如一个人的认知和情绪状态）。 直接刺激神经元目标，从而实现其他不可能的认知和生理状态（例如，情绪控制和警觉性）。 其他应用范围从游戏到决策，以及注意力监测，情绪检测和修改，通信，武器管理，机器人控制，以及最终的外排（“孪生大脑”）8数字永生。9 因此，BCI是“双重用途”技术，其治疗起源掩盖了其潜在的应用潜力，这些应用可以赋予国家战略优势，使其适应科学研究，生产率提高，权力投射和政治控制。10这些实际应用可能在BCI作为AGI的催化剂到来之前就已经实现，这增加了跟踪其发展的紧迫性。BCI的使用也存在需要关注的道德挑战，从医疗风险到最基本的隐私和自主权。 早期的CSET工作通过互联网研究确定了基于非侵入性技术（电极放置在头皮上，例如使用脑电图，也称为EEG）的中国BCI计划，其中中国已经建立了基于侵入性技术的记录和新的努力（在颅骨内）。11本研究更深入地研究了中国的BCI企业，特别关注认知增强，而与放置策略无关 。12它的目标是评估早期CSET论文中引用的有关BCI发展过程的中国主张，并提供跟踪方法。 该研究首先描述了其来源和方法。有关中国先进的BCI基础设施的详细信息-源自与专利和同行评审论文相关的元数据-在有关中国机构，科学家，公司和“全球依赖关系”的部分中提供。该研究还评估了这些论文和专利的内容。这些数据的观察结果为最终的一组建议提供了依据。 来源和方法 研究中使用了以下来源类型： 在中国和国外的BCI会议 中国学术部门，实验室网站 中国公司网站，新闻稿 中英文学术期刊文章 Google和百度搜索字符串 专利数据库 中华人民共和国政府部门和国家实验室 订阅的数据库提要（美国和英国） 中国出版商的技术书籍 数据收集首先定义了两种互补的方法：（1）互联网上的关键字搜索（用于基于网络的信息），专有数据持有（用于专利和学术研究），以及（2）孵化器-大约20个组织和50人从先前的研究中得知13参与有针对性的活动，其工作和传记数据可公开获取。 关键字选择跨越了太宽和太窄之间的差距。互联网搜索“BCI”或“脑机接口/脑机接口，“即使与”配对，也产生了数百万个结果。中国/中国。“较窄的异国情调术语，如”神经元逐步替换/渐进神经元替换“和”心灵上传/mindupload”给出了可管理的数字，但绕过了有用的数据。14例如，“脑机接口(BCI)“加”信息高速公路（高速信息高速公路），以发现相关的基于Web的信息。 中国学术论文的搜索始于对学术文献的CSET合并语料库的查询，包括Clarivate的WebofScience、MicrosoftAcademicGraph、中国国家知识基础设施、arXiv和带代码的论文，使用以下术语“脑机接口/脑机接口”2020-2022年。15约1,562篇中国相关论文16在英语和汉语中进行了检索和审查，作为基本语料库的候选人。 选择任务的基础是确定目标本身的范围。“BCI研究旨在认知增强”或“超越自然能力的认知增强”，17虽然概念上足够清晰，18相信导致这种“人类加”状态的技术起源于治疗用途-旨在逆转病理学的应用。因此，完全从搜索中删除医疗用途，抑制了预测未来状态所需的知识。19 此外，本文有意避免了超出其范围的军事应用，因为该主题已由专家审查，并且可以从BCI功能和设计的一般改进中推断出军事用途。20然而，防御需求可能是BCI突破的驱动力，因此也必须对这一领域给予一些关注(例如，无人机控制)。 考虑到这些因素，决定通过依赖本研究主题专家内化的指南来判断论文的相关性，即“论文是否显示出BCI在恢复失去的功能之外的认知增强方面的当前或潜在用途。“为了更加严格，该研究的两位主题专家（SME）被要求独立做出这些判断。两个中小企业都同意的论文（最初的1,562个标题中的106个）和另外35个独立收集的论文被选择为使用第一批提供的共同作者关系寻找其他论文的基线。21确定了约473篇论文，在中小企业审查后减少到370篇，使论文总数达到511篇。22 通过利用他们的元数据和书目，扩大了370篇“新”论文的幸存语料库。在这些论文中，有47篇被一个或两个中小企业评为“高”相关性的论文被用来通过搜索共同作者和引用的参考文献来生成其他论文。两家中小企业在第二轮中也将另外214人评为“主题”（但不是“高”），以获取新的（共同）作者出版物。仅由一家中小企业判断为相关的约109篇论文被保留，但未进一步利用。这个第三阶段 的过程产生了244多篇论文，经过审查后减少到173篇，总共684项经过审查的研究。 第四次也是最后一次运行检查了先前搜索中遗漏的扩展语料库中30位最杰出的中国作者，得出25 更多论文，共709篇。该语料库返回给中小企业，以使用从每个审查过程中收集的见解对其相关性进行全球重新审查，该过程消除了46篇论文，并对其内容进行了表征。最终计数为663项主题研究。 除了中国附属的学术论文外，本研究还审查了转让给中国的BCI相关专利。23使用学术文献检索中使用的相同BCI双语关键词对CSET统一专利数据集进行了检索。24查询字段包括英文和中文的专利标题，摘要和描述。我们认为“中国专利”是一项专利，至少有一个受让人或一个发明人声称拥有中国隶属关系。 获得了约346条专利记录，并对主题相关性进行了审查。114条尚存的记录被返回给中小企业，以按照与学术论文相同的标准进行表征。结果是777个人和组织进行研究的记录被认为与BCI增强认知的目标一致。这些数据为以下部分提供了有关科学家，组织和本研究分析观察的信息。 中国的BCI机构 663篇BCI论文的第一作者声称有280个独特的机构隶属关系，通过将下属单位归入其父组织，减少到129个隶属关系。25表A中给出了最突出的15个： 表A.中国BCI学术论文选集第一作者关系 附属机构 学术论文 天津大学 95 上海交通大学 55 清华大学 52 中国科学院大学 33 复旦大学 29 华南师范大学 29 杭州电子大学 27 昆明理工大学 26 北京理工大学 25 国防科技大学 24 河北工业大学 23 华南理工大学 22 中国科学院自动化研究所 19 浙江大学 18 华东理工大学 14 以下是相同的15个机构以及另外两个地理定位以显示其分布。26 图1：中国顶级BCI研究机构（按纸张统计） 资料来源：上表A。 专利被分配给26个独特的机构，其中8个机构拥有以下3个或3个以上的专利： 表B.中国顶尖的BCI专利机构 Institute 专利 华南理工大学 26 中国科学院 17 清华大学 15 华中科技大学 10 浙江大学 7 天津大学 6 上海交通大学 4 山东大学 3 Thesmallnumberofpatents(114)relativetoacademicpapers(663)exposesdirectstatisticalcomparison.Notallytherewerenooutliers–patentassigneeswerepresentinthefull语料库ofBCIpaperswithoutexception.Someadditionalobservations: 从数据中无法确定“中国科学院（CAS）”专利受让人。学术研究中引用了CAS中的十几个二级单位，其中最突出的是其自动化研究所（自动化所)。CAS大学，另一位论文中的高分者，也