Einfache technologische Narrative sind nicht mehr zeitgemäß? Ein neues Paradigma, das Brain-Computer-Interface, KI und Embodied Intelligence vereint, ist auf dem Vormarsch

Was kommt nach der Gehirn-Computer-Schnittstelle? Das ist eine interessante Frage.

Wenn querschnittgelähmte Patienten mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle eine mechanische Hand steuern, um ein Wasserglas zu heben, stehen sie ständig vor einem Dilemma: Bei zu geringer Kraft rutscht das Glas ab; bei zu hoher Kraft wird es zerdrückt.

Der Grund dafür ist, dass die aktuelle Gehirn-Computer-Schnittstelle nur eine unidirektionale Übertragung „Gehirn-Maschine“ darstellt, die Befehle ausgeben kann, aber kein Feedback zurücksendet.

Was wäre, wenn eine Schleife aus Wahrnehmung, Entscheidung, Ausführung und Feedback entsteht, die eine bidirektionale Interaktion zwischen „Gehirn und Maschine“ ermöglicht? Genau dies kombiniert die drei derzeit heißesten Konzepte: Gehirn-Computer-Schnittstelle, verkörperte Intelligenz und KI. Das ist auch das neuartige Konzept namens „Ternäre Intelligenz“, das kürzlich von Professor Shu Kai und Professor Hu Feng vom Institut für Gehirn-Computer-Schnittstelle des Tongji-Hospitals der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technik vorgeschlagen wurde.

Ist es eine technologische Revolution oder ein Konzept-Mischmasch?

Gehirn-Computer-Schnittstelle, KI und verkörperte Intelligenz sind alle die derzeit heißesten Konzepte.

Von KI ganz zu schweigen: Die Finanzierungen für Gehirn-Computer-Schnittstellen haben in den letzten Jahren immer neue Höchststände erreicht, und bei der verkörperten Intelligenz haben die Bewertungen von 16 Unternehmen innerhalb von nur sechs Monaten jeweils die Marke von 10 Milliarden Yuan überschritten.

Unvollständige Statistik der wichtigsten Finanzierungsereignisse in mehreren Bereichen im Juni

Da die Ternäre Intelligenz diese drei heißesten Konzepte vereint, lässt sie sich kaum vermeiden, als Konzept-Hype eingestuft zu werden.

Tatsächlich erkennt man aber bei ein wenig Verständnis für die technologische Logik, dass sich diese drei Konzepte perfekt ergänzen.

Die Gehirn-Computer-Schnittstelle löst das Problem der ultimativen Form der Mensch-Maschine-Interaktion, durchbricht die indirekten Interaktionsmethoden traditioneller Mensch-Maschine-Schnittstellen wie Maus, Tastatur und Sprache, realisiert eine direkte Verbindung zwischen menschlichem Gehirn und externen Geräten und ermöglicht es, die Absichten des Gehirns auf die natürlichste und effizienteste Weise an die Maschine zu übermitteln.

Die Anzahl der Kanäle der Gehirn-Computer-Schnittstelle wird jedoch langfristig eine Schwachstelle bleiben: Nicht-invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen verfügen nur über mehrere Dutzend Kanäle mit schlechter Signalqualität, und selbst invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen mit Tausenden von Signalkanälen erfassen nur einen Bruchteil der natürlichen Nervenkanäle.

KI kann genau diese Schwachstelle beheben: Auf der Dekodierungsseite werden komplexe Aufgaben zerlegt und die Signalgenauigkeit verbessert. Andererseits verleihen große Sprachmodelle Maschinen Fähigkeiten wie Sprachverständnis, logisches Schließen, Aufgabenplanung und selbstständiges Lernen, sodass sie komplexe semantische Informationen und dynamische Umgebungen verarbeiten können.

Die verkörperte Intelligenz hingegen bietet die Möglichkeit, dass KI mit der physischen Welt verbunden wird – das ist die sogenannte Phase des physischen KI. Dadurch beschränkt sich Intelligenz nicht mehr auf die digitale Welt, sondern erledigt Aufgaben und schafft Werte in der realen Welt durch die Kette von Wahrnehmung, Entscheidung und Ausführung.

Beispielsweise können verschiedene Sensoren an Robotern Umgebungsinformationen quantifizieren, diese durch Kodierung in Mikrostimulationen zurück an den somatosensorischen Kortex senden, wodurch blinde Bedienung zu einer wahrnehmbaren Steuerung wird und sich die unidirektionale Übertragung zu einem geschlossenen Kreislauf aus „Wahrnehmung – Entscheidung – Ausführung – Feedback“ weiterentwickelt.

Tatsächlich ist das Konzept der Ternären Intelligenz zwar neu, aber seine ideelle Grundlage wurde bereits zuvor umfassend diskutiert.

Das Konzept des CPS (Cyber-Physical Systems), das die Integration eingebetteter Berechnungen und physischer Prozesse fokussiert, wurde schon sehr früh vorgeschlagen. Später entwickelte es sich zum Konzept des CSP (Cyber-Social-Physical), das die Dimension der menschlichen Gesellschaft einbezieht. Es erfuhr Umbenennungen zu CPSS (Cyber–Physical–Social System) und schließlich zu CPHS (Cyber–Physical–Human System), das bis heute verwendet wird und in interdisziplinären Bereichen der Mensch-Maschine-Interaktion weit verbreitet ist.

Im Wesentlichen ist die Ternäre Intelligenz ein konkretes Anwendungsbeispiel der CPHS-Idee im Bereich der Gehirn-Computer-Schnittstelle. Die Gehirn-Computer-Schnittstelle entspricht der Cyber–Human-Schnittstelle, die für das Lesen und Schreiben von Nervensignalen zuständig ist; KI entspricht der intelligenten Cyber-Schicht; und die verkörperte Intelligenz entspricht der Physical–Human-Schnittstelle.

Dr. Zhang Dongdong, Direktor der Gehirnwissenschaftsabteilung von Aoyi Technology, zufolge ist die Ternäre Intelligenz der Trend der technologischen Entwicklung und Iteration: „Tatsächlich war die ursprüngliche Definition der Gehirn-Computer-Schnittstelle eine bidirektionale Gehirnschnittstelle, die sowohl Wahrnehmung als auch Feedback umfasst. Derzeit wird die Wahrnehmung jedoch relativ intensiv erforscht, während im Bereich des Feedbacks erst in den letzten Jahren einige Durchbrüche bei der Forschung zur sensorischen Eingabe erzielt wurden.“

„Seit dem ersten Tag der Gründung von Aoyi Technology haben wir die beiden Richtungen Gehirn-Computer-Schnittstelle und verkörperte Intelligenz verfolgt, mit Fokus auf periphere Nervenschnittstellen und bionische Hände. Die bionische Hand selbst ist ein Kernbestandteil der verkörperten Intelligenz – damals existierte das Konzept der ‚verkörperten Intelligenz‘ einfach noch nicht. Das ist das unvermeidliche Ergebnis der natürlichen Konvergenz der Technologie über mehr als ein Jahrzehnt, kein Versuch, einem Trend hinterherzulaufen.“

Derzeit hat das myoelektrische Exoskelett-Produkt von Aoyi Technology Anfang des Jahres das Medizinprodukte-Zertifikat erhalten und wird bereits in Krankenhäusern verkauft. Die inländische Auslieferungsmenge ihrer geschickten Hände gehört zur ersten Liga, und ihre bionischen Hände haben bereits Zehntausende von Amputierten in über 100 Ländern versorgt.

Als erster spezialisierter Fonds für Gehirn-Computer-Schnittstellen in China hat der Heying Brain-Computer Fund schon früh scharfe Einblicke in die Gehirn-Computer-Schnittstelle gehabt. Sein Partner Zhang Yutao ist ebenfalls der Ansicht, dass die Ternäre Intelligenz, die Gehirn-Computer-Schnittstelle, KI und verkörperte Intelligenz kombiniert, ein unvermeidlicher Trend der Industrie ist: die unvermeidliche Integration der technologischen Entwicklung dieser drei Bereiche bis zum aktuellen Stadium und der notwendige Weg für die koevolutionäre Entwicklung menschlicher und maschineller Intelligenz.

„Menschen sind gut in kreativem Denken, Situationsbeurteilung und Wertentscheidungen; Maschinen sind gut in präziser Berechnung, Massendatenverarbeitung und repetitiven Arbeiten.

Die Ternäre Intelligenz bildet einen vollständigen geschlossenen Kreislauf aus ‚menschlichem Gehirn – digitalem Gehirn – physischem Körper‘, realisiert die komplementären Vorteile menschlicher und maschineller Intelligenz und erzeugt gleichzeitig eine neue Intelligenzform: die mensch-maschinen-kollaborative Intelligenz, die auch einer der wichtigen Wege zur allgemeinen künstlichen Intelligenz ist“, sagte Zhang Yutao zu Arteria Networks.

Das „Unmögliche Dreieck“ aus Gehirn-Computer-Schnittstelle, KI und verkörperter Intelligenz

Zhang Yutao zufolge haben die drei technologischen Bereiche der Ternären Intelligenz derzeit signifikante Fortschritte erzielt, und die paarweise Integration hat bereits praktische Anwendungen hervorgebracht.

Bei der Integration von Gehirn-Computer-Schnittstelle und KI können große KI-Modelle die Dekodierungsgenauigkeit von Nervensignalen von traditionell 60-70 % auf über 90 % steigern und den Durchbruch von vorprogrammierten Befehlen zu dynamischer Semantisierung erreichen.

„Beispielsweise kann das KI-Modell von BrainCo die motorischen Absichten des Gehirns in etwa einer halben Sekunde analysieren. Darüber hinaus hat das weltweit erste AGI-BCI-System einen bidirektionalen geschlossenen Kreislauf aus ‚Wahrnehmung – Entscheidung – Ausführung‘ realisiert, mit einer Betriebsverzögerung von nur 50 ms“, erläuterte Zhang Yutao.

Die Integration von KI und verkörperter Intelligenz verleiht Robotern ein gewisses Maß an Fähigkeit zur Interaktion in natürlicher Sprache, sodass sie unscharfe Befehle verstehen und Aufgaben zerlegen können. Humanoide Roboter führender Unternehmen wie Unitree und Weilan können bereits einfache Haushaltsaufgaben oder industrielle Betriebsaufgaben erledigen, und die verkörperte Intelligenz zeigt in diesem Jahr zunehmend einen Trend zu Serienproduktion, Lieferung und kommerziellen Durchbrüchen.

Es gibt noch mehr praktische Anwendungsfälle für die Integration von Gehirn-Computer-Schnittstelle und verkörperter Intelligenz.

Derzeit werden kombinierte Produkte aus nicht-invasiven Gehirn-Computer-Schnittstellen und Exoskeletten / pneumatischen Handschuhen routinemäßig in der Rehabilitationsabteilung von Tausenden von Krankenhäusern der Stufe 3A im ganzen Land eingesetzt, um Schlaganfallpatienten mit Hemiplegie bei der Wiederherstellung ihrer motorischen Funktionen zu helfen. Hochgradig querschnittgelähmte Patienten können mechanische Hände mit ihren Gedanken steuern, und Produkte wie gehirngesteuerte Rollstühle und gehirngesteuerte Drohnen sind vom Labor in die praktische Anwendung übergegangen.

„Insgesamt befindet sich die Ternäre Intelligenz derzeit in einem frühen Übergangsstadium von der ‚paarweisen Integration‘ zur ‚drei-seitigen vernetzten Integration‘“, urteilte Zhang Yutao im Gespräch mit Arteria Networks.

Zhang Dongdongs Urteil stimmt im Wesentlichen damit überein, aber er wies auch auf die signifikanten Unterschiede im Entwicklungsrhythmus der drei technologischen Bereiche hin: „Die KI schreitet am schnellsten voran und hat in bestimmten Branchen bereits eine enorme Produktivität erzeugt. Im Vergleich dazu gibt es zwar Durchbrüche bei Gehirn-Computer-Schnittstelle und verkörperter Intelligenz, aber sie erfordern noch mehr Zeit.“

Da sie sich in einem frühen Stadium befindet, hat die Ternäre Intelligenz natürlich noch viel Raum für Verbesserungen.

Zhang Yutao erklärte, dass bei der Gehirn-Computer-Schnittstelle die jeweiligen Mängel von invasiven und nicht-invasiven Gehirn-Computer-Schnittstellen bekannt sind. Das sensorische Feedback ist derzeit ein relativ schwacher Bereich. Obwohl die Rücksendung von Mikrostimulationen an den somatosensorischen Kortex in Tierversuchen als machbar nachgewiesen wurde, ist der Weg zur klinischen Anwendung noch lang.

Bei der verkörperten Intelligenz wurden systemische Engpässe wie hochleistungsdichte Aktuatoren, hochempfindliche taktile Sensoren und lange Akkulaufzeit noch nicht überwunden.

Auf KI-Ebene gibt es Probleme mit der Echtzeit-Kollaboration, die sich hauptsächlich in der ungleichen Reaktionsgeschwindigkeit der drei Teilsysteme äußern, was eine Synchronisation im Millisekundenbereich erschwert. Darüber hinaus ist das End-to-End-Training von KI schwierig, da es riesige multimodale Interaktionsdatenmengen erfordert, deren Kennzeichnung extrem kostspielig ist; gleichzeitig sind Erklärbarkeit und Sicherheit schwer zu vereinen, da der Entscheidungsprozess von Black-Box-Modellen unvorhersehbar ist und Sicherheitsrisiken birgt.

Zhang Dongdong listete Daten ebenfalls als eine der aktuellen Schwachstellen der KI in der Ternären Intelligenz auf: „Die weltweit bekannten öffentlich zugänglichen EEG-Daten umfassen etwa 10⁵ Stunden. Umgerechnet auf einen Token pro Sekunde bei einem einzelnen Kanal entsprechen dies etwa 10⁹~10¹⁰ Token – also drei Größenordnungen weniger als die 15 Billionen Text-Token für das Training von Llama 3. Der tatsächliche Unterschied könnte noch größer sein, da die effektive Informationsdichte von EEG-Token durch Rauschen viel geringer ist als die von Text-Token. Die für die verkörperte Intelligenz verfügbaren Trainingsdaten sind noch geringer als die EEG-Daten.“

Auch auf Systemebene gibt es viel Raum für Verbesserungen. Die Komplexität des gesamten Systems der Ternären Intelligenz wächst im Vergleich zu Einzelsystemen exponentiell, sodass die Gewährleistung von Echtzeitfähigkeit, Zuverlässigkeit und Wartbarkeit eine enorme technische Herausforderung darstellt. Gleichzeitig fehlen als neuartiges Konzept derzeit einheitliche technische Standards und Schnittstellennormen in diesem Bereich, was die Interoperabilität von Produkten verschiedener Unternehmen erschwert.

Zhang Dongdong erklärte, dass allein bei den Datenstandards die Signale der Gehirn-Computer-Schnittstelle viele Modalitäten aufweisen: Elektrische Signale umfassen sowohl invasive Spike-Signale als auch nicht-invasive Feldpotentialsignale, hinzu kommen magnetische Signale, Blutsauerstoff-Signale, akustische Signale und vieles mehr. „Allein die Vereinheitlichung der internen Signale der Gehirn-Computer-Schnittstelle ist eine sehr herausfordernde Aufgabe.“

Er räumte ein, dass es zwar einige Diskussionen über die Vereinheitlichung von Standards in der Branche gibt, aber offensichtlich eine Koordination und Förderung auf höherer Ebene erforderlich ist.

Schließlich muss die Ternäre Intelligenz auch ethische Regelungen weiterentwickeln. Denn Gehirnwellen enthalten die privatesten Informationen wie Gedanken und Emotionen des Menschen, sodass Probleme beim Schutz der Privatsphäre entstehen; zudem muss verhindert werden, dass das System böswillig angegriffen oder missbraucht wird.

Darüber hinaus muss die Frage der Verantwortungsabgrenzung bei der Ternären Intelligenz geklärt werden: Wie werden Verantwortlichkeiten zwischen Mensch, Algorithmus und Hardware verteilt, wenn Unfälle auftreten?

Warum kann sie eine überdurchschnittliche Prämie erzielen?

Obwohl noch viel zu tun ist, steht das Konzept der Ternären Intelligenz im Rampenlicht, da seine Anwendungsbereiche sehr breit sind. Im medizinischen Bereich insbesondere könnten der Rehabilitationssektor und die Unterstützung für besondere Personengruppen die ersten Bereiche sein, in denen die Ternäre Intelligenz großflächig zum Einsatz kommt.

Der medizinische Rehabilitationssektor ist zweifellos der Bereich, in dem die Technologie der Ternären Intelligenz derzeit relativ ausgereift ist. Derzeit ist die Rehabilitation von Schlaganfall- und Hirntrauma-Patienten mit Hemiplegie bereits durch die Kombination nicht-invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen mit Exoskeletten / pneumatischen Handschuhen realisiert und in den Bereich der Krankenkassenvergütung aufgenommen worden, mit einer riesigen Marktnachfrage.

Bei der Unterstützung von Patienten am Krankenbett oder sogar bei Lähmungen können Patienten mithilfe der Gehirn-Computer-Schnittstelle mechanische Hände, Rollstühle und Kommunikationsgeräte mit ihren Gedanken steuern