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報告概述了反無人機技術及方法，介紹了美國國防部面臨的無人機威脅及反無人機投資計劃，以及美海軍、陸軍、空軍、海軍陸戰隊及國防部其它機構的反無人機武器研究進展情況，并指出了國會在監管方面可能面臨的問題。

1、報告發布背景

無人機系統技術迅速擴散，易被國家、非國家行為者和個人使用，這些系統可為美國對手提供一種低成本的手段，執行針對或攻擊美軍的情報、監視和偵察任務。大多數小型無人機尺寸小、使用特殊結構材料且飛行高度較低，無法被傳統的防空系統探測到。在2023財年，美國國防部計劃至少花費6.68億美元用于反無人機(C-UAS)技術研發，至少花費7800萬美元用于反無人機武器采購。隨著國防部繼續開發、采購和部署這些系統，美國會對其使用的監督可能會增加，也必須就未來的授權、撥款和其他立法行動做出決定。

2、反無人機技術概述

2.1 無人機探測技術

反無人機技術可以采用多種方法探測敵對或未經授權的無人機目標。一是使用光電、紅外或聲學傳感器分別通過目標的視覺、熱量或聲音特征探測目標；二是使用雷達系統探測，但由于小型無人機信號特征不明顯，該方法探測效果不佳；三是識別用于控制無人機的無線信號，通常使用射頻傳感器探測。這些方法通常被組合使用，以提供更有效的分層探測能力。

2.2 反無人機技術方法

各類系統探測到無人機后，電子戰“干擾”裝置即可干擾無人機與其操作人員的通信鏈路。干擾裝置通常可分為便攜式、固定式或可移動式，根據其類型的不同，重量可從幾公斤至數百公斤。除電子戰干擾裝置外，也可以使用槍支、網絡、定向能、傳統防空系統，甚至訓練有素的動物（如鷹）擊敗或摧毀無人機系統。目前，美國防部正在研發多種反無人機技術，以確保其具備強大的反無人機防御能力。

3、美國反無人機武器的研發進展情況

3.1 空軍

美空軍正在進行高功率微波和高能激光武器反無人機測試工作。2019年10月，空軍接收了一套車載高能激光反無人機武器系統 (HELWS)樣機。HELWS旨在在幾秒鐘內識別并壓制敵對或未經授權的無人機，幾乎可無限次射擊。此外，空軍還在尋求機載反無人機武器，目前工作狀態尚不明確。

圖1 便攜式反UAS技術

3.2 海軍

2014年，美海軍在“龐塞”號(LPD-15)上部署了第一款可作戰的激光武器系統(LaWS)，LaWS是30千瓦激光武器樣機，能夠執行反無人機任務。自那時起，美海軍就一直在開發和安裝更多的低、慢、小（LSS）無人機激光武器原型，以提高對抗水面艦艇和無人機的能力。

海軍正在研發部署的干擾無人機傳感器的光學致盲器“奧丁”（ODIN）及60千瓦“太陽神”（HELIOS）激光器，均旨在保護美海軍裝備和系統免受無人機襲擊。此外，在2019年3月28日的一份備忘錄中，海軍部宣布將與國防數字服務局合作，快速開發新的網絡賦能反無人機武器，以應對不斷演變的無人機威脅。

3.3 海軍陸戰隊

海軍陸戰隊通過其地基防空(GBAD)計劃辦公室資助了多個反無人機系統。2019年，海軍陸戰隊完成了海上防空綜合系統(MADIS)的海外測試，該系統采用電子干擾與炮彈相結合技術，可安裝在MRZR全地形車輛、聯合輕型戰術車輛和其他平臺上。2019年7月，拳師號USS BOXER LHD-4兩棲攻擊艦上的海軍陸戰隊員使用海上防空綜合系統壓制了一艘被認為在該艦“威脅范圍”內的伊朗無人機。作為地基防空計劃的一部分，海軍陸戰隊也在采購緊湊型激光武器系統(CLaWS)，該是美國防部批準的首個陸基激光武器，具有2千瓦、5千瓦和10千瓦三種型號，目前陸軍也在使用。盡管海軍陸戰隊已試驗了單兵攜帶反無人機技術，但海軍陸戰隊司令大衛·伯杰（DavidBerger）在2019年向國會作證時認為，由于重量和功率的要求，單兵攜帶反無人機技術沒有取得成功。

圖2 海上防空綜合系統

3.4 陸軍

2016年7月，陸軍發布了反無人機戰略，以指導其反無人機能力的發展。2017年4月，陸軍技術出版物3-01.81《反無人駕駛飛機系統技術》概述了作戰期間防御低、慢、小無人機威脅的規劃考慮，以及如何規劃并將反無人機士兵任務納入陸軍訓練活動。

反無人機是美陸軍作戰能力發展司令部的六層防空和導彈防御概念的一部分，六層概念包括：彈道導、低空無人機交戰(BLADE)、多任務高能激光(MMHEL)、下一代火控雷達、機動防空技術(MADT)、高能激光戰術車輛驗證機(HEL-TVD)、低成本增程防空(LOWER AD)。目前，上述系統仍在開發中，美陸軍已部署了一些便攜式、車載和機載反無人機系統。此外，美陸軍與國防數字服務局還在合作開發計算機支持的反無人機產品。

3.5 美國防部其他機構

美國防部正在研究和開發多種反無人機技術。聯合參謀部和其他國防部機構參與了反無人機研究工作，如“黑鏢”（Black Dart）演習，該演習旨在“評估和驗證現有和新興的防空和導彈防御能力及反無人機任務集特有的概念”和“倡導士兵所需的反無人機能力”。國防高級研究計劃局積極開展“反蜂群人工智能”等研究，為反無人機技術研發提供資金。2019年12月，國防部精簡了各種反小型無人機項目，指定陸軍為執行機構，負責監督美國防部所有反小型無人機的開發工作。

2019年12月，美國防部成立由陸軍領導的聯合反小型無人機系統辦公室(JCO)，負責監督美軍所有反無人機研發工作。通過與作戰司令部和負責采辦和保障的國防部副部長辦公室協商，該辦公室已評估了超過40種反小型無人機系統，并確定未來美軍反無人機項目的研發方向和標準，該辦公室還選擇了10種小型無人機防御系統和一個標準化的指揮控制系統，以進行后續研發工作。聯合反小型無人機系統辦公室還制定了一份聯合能力發展文件，概述了未來系統的作戰需求，并于2021年1月發布了《國防部反小型無人機系統戰略》。該辦公室還將制定另外一份國防部關于反小型無人機指揮和反小型無人機能力評估的文件。

根據計劃，美國防部將于2024財年在俄克拉荷馬州的福特希爾建立一個聯合反小型無人機學院，以在各軍種同步開展反無人機戰術訓練。

此外，美國會《2021財年國防授權法案》第1074節要求國防部向國會提交一系列報告，包括聯合反小型無人機系統辦公室開展的反小型無人機活動報告和獨立評估情況，以及無人機帶來威脅的報告等。

4、美國會面臨的潛在問題

伴隨美國防部開發、使用及部署反無人機系統武器，美國會需對其進行更多監管，并可能面臨如下潛在問題：

• 美國防部對反無人機系統的投資是否在研發和采購項目之間達到了適當的平衡；
• 為反無人機指定一個國防部執行機構在多大程度上減少了反無人機系統的冗余并提高了反無人機采購的效率；
• 在反無人機的開發和采購方面，國防部與其他部門和組織(如國土安全部、司法部和能源部)的協調程度；
• 為優化反無人機系統的使用并消除與其他美國軍事行動的沖突，是否需要對空域管理、作戰概念、交戰規則或戰術進行某些改變；
• 國防部在多大程度上開展了與聯邦航空管理局和國際民用航空局的協調，以識別和減輕民用飛機的反無人機操作風險。

參考來源：//mp.weixin.qq.com/s/XYS19BM8KakPEprF6fMLaw

多域作戰與空軍之間的互操作性

在多域作戰（MDO）概念的影響下，空中力量界的戰略思維正在發生巨大的變化。20世紀90年代，武裝部隊廣泛進行了 "轉型 "工作，目的是改善各軍種之間的協調。到了2000年，轉型工作的目標和目的發生了變化，改善協調的愿望促使各軍種和聯盟伙伴之間進行更深入的行動整合。MDO將轉型目標推向了最終融合各作戰領域的能力，以便能夠以更快的行動速度實現同步效果（Jamieson和Calabrese，2015）。然而，并非所有國家都清楚如何準確地將美國的MDO愿景納入他們自己的理論和作戰概念，或如何解決可能產生的整合和互操作性挑戰（Townsend，2019）。

MDO的預期目標是加快軍事行動的步伐，并允許在作戰環境中產生更多的協同效應。多領域整合有望優化作戰優勢，以便對敵對部隊的決策環路施加壓力。同時，MDO也意味著聯合作戰方法需要相當大的演變和必要的改變，因此它的影響將隨時對友好部隊產生同樣深刻的影響。正如法國防空和空中作戰司令部（CDOA）副司令路易斯-佩納少將所指出的，MDO代表了 "思考空軍在未來如何規劃和進行空中作戰的機會"（Pena，2020）。可以肯定的是，MDO將是塑造未來空中作戰和作戰概念的一個強有力的因素，然而需要克服一些復雜的概念、技術和戰略挑戰。

連接性和未來的空戰

未來的作戰飛機被設想為 "連接中心 "和 "機載數據融合服務器"，與作戰云相連，為聯合或聯盟部隊的分布式單位提供實時多領域信息。這些下一代作戰飛機被預先部署，以承擔目前空軍分配給機載預警和控制（AWAC）飛機的相同角色。自從Link 16的到來，AWACS已經成為空中作戰的一個關鍵節點功能，在最近幾十年里，通過在聯合和聯盟戰役中實現徹底改善的態勢感知和指揮、控制和通信（C3）能力，AWACS被證明對西方的空中優勢很有幫助。

聯盟環境下的互操作性挑戰正在被重新規劃，并將隨著新的作戰飛機和平臺的引入而出現新的方向，但目前還沒有明確或現成的解決方案來彌合理論和作戰概念的差異，或在聯盟環境下進行技術整合，因為聯盟中的空軍部隊各自帶來自己的能力、工具和平臺。

在未來，數據融合和中繼功能將變得更加分散，并越來越多地轉移到作戰飛機本身，它們將能夠協調無人機群，例如，穿透敵人的防空設施或提供動能效應。通過新一代數據和通信網絡的新工具和更快的決策，作戰飛機將作為關鍵的指揮和控制（C2）節點，在多領域空間內運作。因此，空戰行動將不再與一組有順序的任務相關聯，而是與基于對方部隊活動并對其作出高度響應的單一連續的非分割化機動和效果相關聯。

圖：信息系統互操作性層次（LISI）模型

空戰的特點是更加明智地應用武力經濟，利用速度、飽和度和隱身性（"V2S"--速度、飽和度、隱身性）的結合來壓倒對方的部隊，以實現戰斗空間的優勢。這些未來的概念依賴于一個系統的方法，其核心是指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISTAR），每個單獨的軍力矢量同時作為傳感器和效應器發揮作用。與數據融合、自動化、機器人和人工智能（AI）有關的能力對于實現 "頻譜優勢"--在整個作戰范圍內的優勢至關重要。

空戰將逐漸變得更加依賴多領域態勢感知和信息主導權。然而，作為中央庫或大腦單一的、總體性的作戰的前景在聯盟環境中帶來了復雜的問題。與這種作戰云的永久連接會給聯盟部隊的組成部分帶來明顯的脆弱性。雖然在力量集中和效率方面有優勢，但同樣的權力集中和對一個中央云的依賴會產生災難性的行動自由損失。敵對勢力的目的是阻礙通信并對傳感器網絡使用誘餌，在這樣一個良性的網絡空間和電磁戰的背景下，"一環 "作戰云可能導致其使用用戶群的行動癱瘓。

在考慮這些風險時，圍繞作戰云概念的關鍵使能技術的成熟度存在著嚴重的問題。收集、分析、存儲和傳輸數據的信息系統和技術都會受到敵對勢力的入侵威脅和復制，以提高其反介入/區域拒止（A2AD）的有效性（Orlin, 2021）。大數據是分布式C2要素之間作戰圖像（CROP）的基本必要條件，如果沒有人工智能，就無法適當地加以利用，由于人工智能容易被操縱和欺騙，其使用仍然存在問題。

預測性維護是未來空戰平臺的本源，并將通過網絡不斷進行交流，它在戰爭空間中提供了一個新的攻擊漏洞，并有可能成為嚴重的目標（Hitchens, 2020）。對潛在的軟件缺陷和限制的利用將為敵對勢力在欺騙、規避和突襲行動方面創造機會。針對通信和傳感器網絡的先進干擾，針對作戰云的進攻性網絡戰行動（Gros，2019年），以及對空間資產的依賴，在地面或空間資產被摧毀或關鍵數據鏈被破壞的情況下，會帶來嚴重的風險（法國國防和國家安全戰略評論，2017年）。

無人機技術的擴散和作戰系統的數字化已經迫使歐洲的空軍和他們的姐妹服務部門集中投資于網絡空間對抗措施，并 "加固 "平臺、資產和操作基礎設施，以確保通信節點和發射器不被破壞。這種努力將加速和加強，因為軍事競爭者的目標是數據和數據連接能力，跨越更廣泛的攻擊面，擴展到所有連接到同一云的聯盟或盟國部隊。因此，多域作戰網格的這種內在風險強調需要考慮在 "一環 "設計之外的聯盟環境中開發用于MDO的未來作戰云。

歐洲的作戰機隊：當前和未來的形勢

在歐洲，空軍之間的行動整合一直在穩步推進--北約因素是一個重要因素，但絕不是在加強歐洲空軍之間互操作性方面取得進展的唯一驅動力。然而，歐洲空軍的格局仍然具有相當大的多樣性，目前服役的1,900多架作戰飛機的不同類型就說明了這一點。

由美國主導的F-35項目匯集了包括英國、荷蘭、丹麥、挪威、比利時和意大利在內的一些歐洲國家。F-35作為第五代作戰飛機為歐洲引入了一個新的模式和互操作性標準，這將與它的運營商一起，在未來幾年內對整個歐洲空軍的互操作性努力和計劃起到強有力的作用。然而，大多數F-35用戶繼續保持更廣泛的戰斗機隊--例如，由于F-35在空中優勢任務中的局限性，歐洲臺風戰斗機（Eurofighter Typhoon）可能仍然是英國不可或缺的。出于類似的原因，"臺風 "可能將繼續由意大利、德國和西班牙運營，類似的考慮可能延伸至F-16的運營商，如比利時、丹麥、希臘、荷蘭、挪威、葡萄牙和土耳其。

圖：未來網絡化多域作戰中的互操作性要素

其他歐洲空軍已經獲得了諸如 "鷹獅"-E和 "陣風 "等作戰飛機，"陣風 "具有AESA雷達和數據融合能力，可以被視為事實上的未來歐洲互操作性的標準。芬蘭正在推行其HX戰斗機計劃，有五個作戰飛機平臺積極參與競爭。2040年及以后，歐洲可能會繼續看到下一代作戰飛機的本土化發展，并且隨著它們的發展，新的互操作性標準被插入到采購和作戰計劃框架中。考慮到FCAS（未來戰斗航空系統）和英國 "暴風雪 "的發展，作為例子--這兩個平臺將與遙控和自主系統及中繼器結合，并在基于云的多域數據交換網絡內運行。

因此，空戰行動將不再與一套有順序的任務相關聯，而是與基于敵對部隊活動并對其作出高度響應的單一連續的非分割化機動和效果相關聯。

歐洲空戰機隊現有的和未來可能的多樣性，表面上看可能意味著不必要的能力重復，然而這些方法和能力的同樣差異也在作戰和戰略層面上提供了更大的彈性。在聯盟環境中，目前還不清楚歐洲的空戰機隊將在多大程度上與例如現在進入歐洲作戰服役的F35戰斗機進行互操作。同樣的問題在理論上也適用于FCAS或 "暴風雪"，這些圍繞兼容性和互操作性的問題將延伸到未來，特別是與MDO有關的問題。

聯盟環境下的互操作性挑戰正在被重新規劃，并將隨著新的作戰飛機和平臺的引入而出現新的方向，但目前還沒有明確或現成的解決方案來彌合一方面的理論和作戰概念的差異，或在聯盟環境下的技術整合，即組成空軍各自帶來自己的一套能力、工具和平臺進行戰斗。具有諷刺意味的是，多領域整合的基本前提和目的是解決不同領域的不同類型的平臺之間缺乏或低兼容性和協同性的問題，而這些平臺是使用不同的技術標準和系統工程方法開發的。

關于整合和互操作性的政治層面

向MDO的演變意味著空軍面臨新的挑戰，在聯盟環境中為聯合平行規劃引入新的動力。它還提出了調整或取代現有機制的需要，這些機制是為了使聯盟伙伴之間的整合和互操作性達到必要的水平，使他們能夠有效地共同運作。隨著朝向MDO的運動的加速，它提出了一個基本問題。當屬于聯盟和同盟的空軍由于不同的工業和政治考慮而在系統和網絡設計中采用不同的標準時，互操作性是否可能？

這個問題突出了與2040年及以后未來時間框架中的互操作性有關的不確定性，以及在歐洲范圍內已經面臨類似挑戰的當前空戰機隊。歐洲空軍將需要應對作戰層面的聯合整合和融合的要求，這將需要與延伸到國家戰略領域的更高層次的政策考慮相平衡，包括行動自由和戰略自主權。在這種情況下，歐洲空軍將需要根據國家或歐洲的政策方向，與能力項目和互操作性目標進行互動和規劃，這些政策方向是由復雜的體制因素和議程形成的。

一個合理的論點是，在聯盟環境中，空軍之間的分布性和數據融合可能帶來的好處超過了共享作戰云所造成的相關風險或發生作戰癱瘓的可能性。然而，除了純粹的作戰考慮，還有重要的政策問題，這些問題由大戰略和政治前景決定。即使在世界觀相似、經常在聯盟和聯合作戰密切合作的盟友和伙伴之間，國家政策也會有分歧--特別是在危機情況下的軍事活動方面。

繼續努力實現聯盟和盟國伙伴之間的互操作性是有歷史緣由的，包括在作戰云的背景下所暗示的。然而，這些努力必須與維護戰略自主權和獨立評估或軍事活動能力的需要相平衡（Binnendjik和Vershbow，2021）。有時被視為導致 "能力重復 "和浪費財政資源的不同方法以另一種方式提供了優勢，即為國家和聯盟的聯合作戰建立自然的防火墻和復原力。

考慮到聯盟空戰模式的當前和未來的發展，保持一定程度的自主性可能與確保新興作戰云本身一樣重要。這在歐洲尤其如此，因為聯合作戰機隊可能由一系列的平臺類型組成，每個平臺都是根據不同的系統工程、技術和互操作性標準開發的，這與工業和政治考慮有關。同樣的基線挑戰可能會被移植到世界其他地區，如中東或亞洲。與其試圖將空戰機隊劃分為 "第一 "和 "第二 "層次的能力，聯盟和盟國伙伴將需要集中精力克服挑戰，并為傳統聯盟環境中的MDO提供整合能力和互操作性解決方案（Binnendjik等人，2021）。

作者

奧利維爾-扎耶克（Olivier Zajec），畢業于圣西爾軍事學院和巴黎政治學院，是里昂讓-穆蘭大學的政治學教授以及戰略與防務研究所（IESD）的主任。他是EA 4586實驗室和巴黎比較戰略研究所（ISC）的研究員。他還在法國聯合戰爭學院講授戰略理論。他目前的研究興趣集中在國際關系的現實主義理論、跨大西洋防御政策、核政策和戰略以及地緣政治理論。他經常為各種國防和國際關系出版物撰稿：《世界外交》、《國防與國際安全》（DSI）、《軍事資源》、《中國世界》、《沖突》、《國防評論》。

1 引言

美國參謀長聯席會議主席（CJCS）最近就美軍新的聯合作戰概念（JWC）以及相關的新的全域聯合指揮與控制（JADC2）框架對其實現的重要性向國會作證。具體而言，他在2021年6月23日向美國眾議院表示：

• JWC是一項多年長久的工作，旨在針對未來威脅的聯合作戰制定一個全面的方法，并為未來的部隊設計和發展提供指導。JWC的輔助概念描述了關鍵的作戰功能，包括火力、后勤、C2和信息優勢。聯合全域指揮與控制（JADC2）框架使得JWC和輔助概念的整體發展和實現成為可能。

JWC的基礎是全域作戰概念。這是美軍在優化協同效應過程中的下一步發展，這種協同效應是通過在空中、太空、海上、陸地和電磁波譜等所有領域的綜合行動而產生的。這一過程始于1986年戈德華特-尼科爾斯法案的通過，該法案旨在提高美國武裝部隊進行聯合（軍種間）和集成（聯盟間）作戰的能力。如果發展和實施得當，JWC將產生比今天的 "聯合"作戰更決定性、更強大的戰斗結果，在許多情況下，"聯合"作戰只是涉及軍種之間的沖突和整合。為了實現這一目標，美國國防部（DOD）需要認真地將理論轉化為現實。這意味著要采取漸進但具體的步驟來實現JADC2的目標，而不是在實施之前等待一個完整的解決方案。JADC2將需要大量的時間來設計，因為它涉及到現有概念、能力和服務觀點的巨大轉換。然而，為了加速這些工作可以通過快速改進當前的指揮和控制模式來完成。具體來說，現在是時候超越大型的、集中的、靜態的C2設施，轉向移動的、分布式的C2，有能力處理與區域空天聯合行動中心（CAOC）相同的信息量和多樣性。

由于它尋求所有領域的協同作用，包括來自不同領域的能力的互補性，而不僅僅是相加，JADC2的目標是尋求相互依賴，以提高有效性，并彌補每個領域的脆弱性。所期望的軍事效果將越來越多地由共享信息和相互授權的系統互動來產生。JADC2的愿景是通過數字連接的 "膠水"將資產結合起來，成為一個 "武器系統"，在整個作戰區域內進行分解、分布式作戰，而不是在每個領域中建立一套互不相干的、單一的作戰系統。這將需要把每個平臺作為傳感器和 "效應器 "來對待。它將需要一個新的戰斗指揮架構和指揮與控制范式，以實現自動連接，就像今天的移動電話技術一樣。它還將需要安全、可靠和無縫地傳輸數據，而不需要人的互動。

2 設想中的轉型

實現JADC2的總體目標，并將其與實現自我形成、自我修復的綜合體所需的整合程度結合起來，將需要做出巨大的努力，而且并不容易。每個軍種和每個作戰司令部都將參與其中。它將需要克服組織、文化、訓練、采購和政策方面的幾個主要障礙。它將需要連接、決策和快速響應，需要有彈性的網絡和尚未達到的軍種和盟國之間的共享能力。

這些是眾多的、多方面的挑戰，我們的軍隊、軍種和作戰指揮部都在解決這些問題。然而，由于其復雜性，要實現一體化、相互依存、自我形成、自我修復的全域聯合和集成作戰的最終愿景還需要很多年，甚至幾十年。然而，我們所面臨的威脅正在增長，并需要今天的解決方案。因此，現在是時候對JADC2中那些現在就可以改變的要素采取行動，以應對我們今天面臨的威脅和挑戰。

每個軍種和作戰指揮部都有成熟的指揮和控制概念、設施和程序，這些在過去的沖突中證明是可行的。然而，目前存在的各種C2架構都需要進行廣泛的修改，以便在出現的現代威脅面前生存，更不用說運行。

【越來越多的信息獲取需要對指揮和控制進行重組，以促進對易逝目標的快速采取行動，并利用我們的技術能力。信息綜合和執行權力必須轉移到盡可能低的級別，而高級指揮官和參謀人員必須約束自己，以保持適當的作戰層級。】

在所有領域的成功行動的一個核心前提是對航空航天環境的控制。一旦建立，它將促進所有其他聯合和集成部隊的行動和移動自由--沒有它，有效的聯合或集成作戰是不可能的。因此，對航空航天作戰的有效指揮和控制是必須優先考慮的關鍵部分。

我們指揮與控制（C2）空中和太空部隊的能力受到三個主要因素的影響：威脅、技術和信息速度。自美國空軍的空天作戰中心（AOC）--AN/USQ-163 "獵鷹 "的設計、建立和運行以來，這三個領域的變化是巨大的，并在繼續加速。因此，現在是時候確定我們是否可以通過發展目前的作戰概念、組織和采購流程來實現現代化，或者我們必須尋求對這些影響目前戰區空天控制系統的每個要素進行根本性的改變。在提供答案之前，讓我們簡單看一下影響我們有效指揮和控制航空航天作戰能力的每一個趨勢。

3 未來的威脅和作戰環境

3.1 威脅

今天，當試圖在A2/AD環境中作戰時，同行的威脅使目前的C2手段處于不可接受的風險之中。30多年來，我們基本上一直在享受C2優勢，在航空航天領域不受競爭的影響。這些日子已經過去了。軍事競爭對手已經以前所未有的規模完成了現代化。他們已經迅速縮小了與美國、盟國和友好國家軍隊在包括飛機、航天器、導彈、武器、網絡、指揮和控制、干擾器、電子戰、數據鏈接和其他廣泛能力方面的差距。潛在的對手也研究了美國的戰爭方式，與其面對我們（美國）的戰斗力，不如讓我們（美國）遠離他們。他們已經采用并正在擴散反介入和區域拒止（A2/AD）能力，旨在拒絕美國及其盟友的行動自由。減輕這些A2/AD能力帶來了巨大的挑戰，促使我們在更大的風險和遠離潛在沖突地區的情況下行動。

A2/AD能力以三種方式威脅著我們指揮和控制空天作戰的能力。近距離的對手可以使用動能和非動能武器，從我們的天基資產中拒絕我們（美國）的通信和情報、監視和偵察（ISR），從而孤立我們（美國）的部隊并蒙蔽我們（美國）的視野。網絡攻擊正變得越來越復雜，可以破壞我們完善的空中和太空聯合作戰中心的運作。精確的遠程巡航導彈和彈道導彈現在威脅著這些大型、固定和脆弱的設施。作為產生戰略、計劃和空天資產任務指令的工廠，建設空天聯合作戰中心已經成為一個極其有利可圖的目標。

3.2 技術

新技術正在促成新的能力，以優化C2機制，達到預期效果。我們需要超越傳統文化對新技術的限制來思考。例如，下一代飛機在傳統術語中可能仍被標記為戰斗機、轟炸機、空運機等，但由于傳感器、處理能力、武器、能源生產和其他能力的微型化，在技術上它們有能力執行多種任務。它們實際上是飛行的 "傳感器效應器"，可以形成由冗余節點和多殺傷路徑組成的高度彈性網絡的基礎，以盡量減少目前高度集中和有限的C2節點（如CAOC）的關鍵系統價值，這些節點敵人可以輕易地將其作為目標。

【JADC2將需要很多時間來設計，因為它涉及到對現有概念、能力和服務觀點的巨大轉變。然而，加速這些工作可以通過快速改進當前的指揮和控制模式來完成。】

這將需要領先的網絡能力、有保障的通信，以及解決我們的數據帶寬挑戰的不同方法。例如，為了解決來自先進傳感器的爆炸性數據增長，與其建造更大的管道來傳輸收集的數據，不如現在提高處理能力，使得機載數據的處理成為可能，并且只對用戶感興趣的內容進行分發。這種方法顛覆了我們今天處理情報、監視和偵察的方式。

快速的信息交流在戰斗的前沿尤其重要，因為實際數據的價值往往是短暫的，并隨著時間和環境的推移而減少。開發一種技術方法，在不同的用戶之間、在多個分類和盟國及伙伴國之間自動和快速地分享信息，將是創建未來部隊的一個關鍵。

古老的格言，"速度就是生命"，不再僅僅是指飛行--它也是指快速發展的軟件工具，用于戰斗和勝利。我們必須跳出歷史上刻在我們集體心靈中的組織結構的思維。以網絡為中心的、相互依賴的、功能整合的作戰是未來軍事成功的關鍵。

3.3 信息傳遞速度

電信、傳感器、數據存儲和處理能力方面的重大進步每天都在出現。因此，瞄準周期已經從幾周到幾天發展到幾分鐘，從多架、專門和獨立的飛機發展到一架飛機在幾分鐘內 "發現、修復和完成 "的能力。越來越多的信息獲取需要對指揮和控制層次進行重組，以促進對易逝目標的快速介入，并利用我們的技術能力。信息綜合和執行權力必須轉移到盡可能低的級別，而高級指揮官和參謀人員必須約束自己，以保持適當的戰爭水平。

要超越大型的、集中的、靜態的指揮和控制設施，轉向移動的、分布式的C2，并有能力處理與今天的區域性聯合空天作戰中心相同的信息量和多樣性，將需要重新評估該部門如何處理信息流。這種未來能力的兩個最重要的方面將是通過它所提供的同步 "控制 "實現 "指揮 "的蛻變。

"指揮的藝術"將實現梅特卡夫定律的網絡價值（梅特卡夫定律指出，電信網絡的價值與系統連接用戶數量的平方成正比），而控制的科學將繼續應用摩爾定律的擴展技術來擴展人類能力。

4 空天C2的新架構

我們現在正處在一個威脅、技術和信息速度要求改變指揮和控制空天部隊的既定架構的關口。所有軍種都已認識到這一點，并已開始行動，為各自的領域制定新的作戰概念。面臨的挑戰是如何確保每個軍種的作戰概念都被整合到一個統一的聯合全域指揮和控制架構中。

該作戰云的開發理念是建立一個情報、監視和偵察、打擊、機動和維持綜合體，利用信息時代的技術進行高度互聯的分布式作戰，它將迎來一個完全不同的戰爭架構。JADC2的根本基礎是將準確的、高質量的信息下放到最低的信息節點，以達到預期的效果，而不考慮服務、領域或平臺。

美國空軍實現這一目標的方法是努力設計和開發一個先進的戰斗管理系統（ABMS）。ABMS的要素已經被定義，但它們還沒有發展成一個可執行的指揮和控制架構。要達到JADC2和ABMS所期望的最終狀態，即以安全、可靠和強大的方式在整個戰斗空間進行無處不在的無縫信息共享，將需要多年時間。鑒于重大威脅的快速演變和當前C2設施的脆弱性，軍方必須現在就修改當前的空天部隊的指揮和控制結構。

需要一個新的架構來支持一個作戰概念，以實現最近被納入美國空軍理論的集中式指揮、分布式控制和分布式執行的C2范式。建立一個新的作戰指揮架構不需要技術上的突破，因為已經存在的技術可以應對分布式指揮和控制功能的直接挑戰，使其不能通過對幾個關鍵的C2節點的打擊而被消除。

美國空軍一直在開發一個支持其新理論的作戰概念，即敏捷作戰部署（ACE）。敏捷作戰行動是一個概念，它在短時間內將部隊和資產分散到多個分離的地點，以使對手的計劃變得復雜。有了適當的C2系統，ACE可以從許多可防御、可持續和可轉移的地點將對手的目標置于危險之中。應用這一概念的細節取決于使用的戰場，但從根本上說，想法是一樣的，指揮和控制是這一概念成功的根本。

空天聯合作戰中心將仍然是在不太嚴重的地區沖突期間進行C2操作的可行手段。然而，為了實現JADC2的目標，該部門將必須向戰斗空間邊緣的作戰人員提供信息，而不依賴于傳統的聯合空天作戰中心模式，即數百人圍繞著獨立的任務區組織起來的小部門。

因此，該部門必須迅速超越我們今天所依賴的大型集中式聯合空天作戰中心結構，發展為一套更加靈活和分布式的流程和指揮與控制結構。同時，這個新架構必須能夠適應空戰管理系統和JADC2的發展。但鑒于這些項目的緩慢發展，我們不能等待開始改變空天部隊的C2架構。

這個新架構有許多選擇：建立加固的空天聯合作戰中心，并將功能遠程分配給指定的單位；將目前納入空天聯合作戰中心的規劃功能分配到多個地點，并在它們之間共享所產生的規劃；通過轉移與連接水平相對應的執行權力，建立基于作戰單位和其各自指揮要素之間連接程度退化的執行過程和程序。

無論選擇什么樣的發展方式，有一點是肯定的，美國空軍必須做出堅定的努力來分配必要的指揮和控制功能，以確保在有爭議的環境中有效使用空天部隊，而且這種努力必須現在就開始。

JADC2的根本基礎是將準確的、具有決策質量的信息下推到最低的信息節點，以達到預期的效果，而不考慮服務、領域或平臺。

作者：

David A. Deptula，美國空軍中將（退役），是弗吉尼亞州阿靈頓的米切爾航空航天研究院院長，也是美國空軍學院的高級軍事學者。他是1991年 "沙漠風暴 "行動空襲的主要策劃者；1990年代末伊拉克上空禁飛區行動的指揮官；2001年阿富汗上空空襲行動的指揮官；兩次擔任聯合特遣部隊指揮官；并擔任2005年南亞海嘯救援行動的空中指揮官。他是一名戰斗機飛行員，擁有超過3000個飛行小時--400個戰斗小時--包括F-15戰斗機的多個指揮任務。他曾擔任空軍第一個情報、監視和偵察（ISR）三星級主管，在那里他改造了美國的軍事ISR和無人機事務。

報告探討了美國空軍在戰役層實施聯合全域指揮控制（JADC2）面臨的挑戰，分析了未來多域作戰中運用人工智能的機會，梳理了建設JADC2人工智能生態系統的最佳商業實踐。報告最后指出，指揮控制構造、指揮控制所需的數據和數據基礎設施以及利用數據來指揮控制所有領域部隊需要的工具、應用程序和算法必須調整以支持未來的多域作戰。JADC2應該以一種內聚、漸進、交互式的方式發展，美國空軍作戰集成中心應確保JADC2的指揮控制結構、數據管理以及工具、應用程序和算法開發的發展遵循統一的戰略。

作者研究并推薦了將人工智能（AI）以及更廣泛的自動化應用于美國空軍全域聯合指揮與控制（JADC2）。作者發現，為了支持未來的多域作戰，必須對三個主要的使能類別進行調整：（1）指揮和控制（C2）結構或部隊如何組織，當局在哪里，以及他們如何訓練和配備人員，（2）利用數據進行C2所需的數據和數據基礎設施，以及（3）利用數據進行C2全域部隊的工具、應用程序和算法，包括人工智能算法。轉向現代化的JADC2需要各利益相關者合作制定政策、指導、戰術、技術、程序、訓練和演習、基礎設施和工具，很可能利用人工智能，以實現概念。

研究問題

• 多域指揮與控制（目前為JADC2）定義的共同要素是什么？
• 實現JADC2的挑戰是什么？
• 需要哪些技術和能力來實現JADC2？

主要研究結果

• 美國空軍空中作戰中心（AOC）制定的72小時空中任務周期，已經無法滿足當前數字世界的要求。在未來有計劃規劃與動態規劃之間的平衡點會發生變化，動態規劃的比重會加大。全域聯合指揮控制工具和流程要具備為這種變化提供支持的能力。

• 將空軍作戰中心結構體系遷移到現代數字環境中面臨許多挑戰，包括對以人為中心的主題專家會議和委員會的依賴，“空氣隔離”系統中的數據分為多個保密級別；對商業服務產品的嚴重依賴等。

• 其他限制多域作戰速度和范圍的因素包括：權力和指揮關系，跨域同步戰斗節奏，各域使用的程序不同，不同戰區和地區使用不同的指揮控制結構，靈活健全的通信系統和程序。

• 要支持多域行動應協調一下三個范疇的內容：全域聯合指揮控制的指揮控制結構的確定，可用于多域作戰的數據源和計算基礎結構，以及實現多域決策者“在圈中”且支持機器對機器過程的算法開發。

• 目前有多個未來多域作戰概念，需求也因戰役而異。未來的指揮控制結構應具有靈活性，能夠適應各種變化。

研究建議

• 美國空軍綜合作戰中心（AFWIC）應與美國空軍太平洋司令部、歐洲司令部、非洲司令部合作，通過兵棋推演和桌面演練進行假設并繼續研究多域作戰概念，為國防戰略提供支持。同時他們應該將最終確定的多域作戰概念告知空軍以外部門，以便與其他軍種和美國國防部進行合作。

• 美國空軍首席數據官應制定適用于整個作戰中心的數據管理政策，確保數據得到保存和適當標記方便之后使用，同時要保證有足夠的數據儲存能力。

• 美國空軍綜合作戰中心應該與美國空軍作戰司令部（ACC）合作，評估各種能夠實現多域作戰的指揮控制結構。同時還要另外開展兵棋推演以及研討會來對比和比較各種替代方案。美國空軍作戰司令部后續應該進行的工作，還包括制定開發、組織、培訓和裝備方案。

• 全域聯合指揮控制流程應該體現凝聚、漸進和交互原則。指揮結構、數據管理以及工具，應用程序和算法的開發都應根據總體戰略進行。

• 美國空軍綜合作戰中心應確保戰略的實施，并向空軍參謀長報告相關情況。

作者

• Tad T. Brunyé是位于馬薩諸塞州Natick的美國陸軍DEVCOM士兵中心的高級認知科學家。他還擔任應用大腦和認知科學中心的科學經理，以及美國馬薩諸塞州梅德福市塔夫茨大學心理學系的客座副教授。

• Monique E. Beaudoin是美國馬里蘭大學學院公園分校情報與安全應用研究實驗室（ARLIS）的副研究員科學家。

• Kathryn A. Feltman是位于美國阿拉巴馬州拉克堡的美國陸軍航空醫學研究實驗室（USAARL）的研究心理學家。

• Kristin J. Heaton是美國馬薩諸塞州納提克的美國陸軍環境醫學研究所（USARIEM）的研究心理學家和軍事表現部門的副主任。

• Richard A. McKinley是位于美國俄亥俄州代頓市的美國空軍研究實驗室第711人類性能翼的飛行員生物工程部的認知和身體性能核心研究領域的負責人。

• Arcangelo Merla是意大利基耶蒂-佩斯卡拉G. d'Annunzio大學神經科學、成像和臨床科學系的生物醫學物理學副教授，以及紅外成像實驗室主任。

• John F. Tangney是位于美國弗吉尼亞州阿靈頓的美國海軍研究辦公室（ONR）作戰人員性能部的人類和生物工程系統部門的主任。

• Jan Van Erp是荷蘭應用科學研究組織（TNO）的首席科學家，也是荷蘭屯特大學的有形用戶互動教授。

• Oshin Vartanian是加拿大安大略省多倫多市的加拿大國防研究與發展組織（DRDC）的國防神經科學家。

• Annika Vergin是德國柏林聯邦國防部國防規劃辦公室的未來分析助理科長。

• Annalise Whittaker是英國索爾茲伯里Porton Down國防科學與技術實驗室（DSTL）人類系統組的科學家。

摘要

軍事人員要在惡劣和不理想的條件下長期作戰，其特點是嚴重的環境暴露、資源匱乏、身體和精神負擔。在這些條件下的長期軍事行動會使本已有限的感知、認知和情感資源退化，而這些資源是維持與任務有關的績效所必需的。未來戰斗空間的復雜的多域作戰預計將進一步增加對軍事梯隊最低層的要求。這些要求的特點是，小部隊在有限的補給和技術能力下降的惡劣環境中的作戰時間越來越長。因此，確定新的訓練和技術方法，使軍事人員的表現得到持續、優化和加強，是至關重要的。國際國防科學界、學術界和工業界的研究已經為追求這一目標開發了幾種有前途的神經科學策略，包括神經調節和神經反饋技術。本文回顧了六個參與國在認知神經增強研究和開發方面的技術現狀。加拿大、德國、意大利、荷蘭、英國和美國。回顧了六種神經調節技術，包括經顱磁刺激（TMS）、經顱聚焦超聲刺激（tFUS）、經顱電刺激（tES）、經皮周圍神經刺激（tPNS）、光生物調節和顱腦電療刺激（CES）。考慮了三種神經反饋技術，包括使用腦電圖（EEG）、功能性磁共振成像（fMRI）和功能性近紅外光譜（fNIRS）來監測大腦狀態，通過機器學習和人工智能實現反饋回路。參與國總結了利用這些神經調節和神經反饋技術中的一種或多種來提高作戰人員認知能力的基礎和應用研究。報告繼續詳述了認知神經增強的固有方法論挑戰以及在這一領域進行研究、開發和工程實施的其他考慮。報告最后討論了神經增強的未來發展方向，包括生物傳感、改進的機械和預測模型及軟件工具、開發非侵入性的深層大腦刺激形式、測試新興的大腦和行為理論模型，以及開發閉環神經增強和人機協作方法。重點是概念和方法上的承諾，以及在作戰人員的選擇、訓練、作戰和恢復的背景下計劃、執行和解釋神經增強的研究和開發工作的挑戰。

關鍵詞：感知、認知、認知神經科學、神經增強、人類表現、經顱磁刺激、經顱電刺激、經皮外周神經刺激、經顱聚焦超聲、顱腦電療刺激、光生物調節、腦電圖、功能磁共振成像、機器學習、人工智能、生物感應、人機協作、神經反饋

1.0 目的與目標

認知神經增強工具和技術有可能提高心理能力，并徹底改變軍事人員從事苛刻作戰任務的效力和效率。學術界、國防界和工業界的研究和開發工作已經產生了幾種認知神經增強技術，其有效性、可靠性、安全狀況和軍事應用的準備程度各不相同。

北約人因和醫學小組活動的主題是認知神經增強：技術和工藝（HFM-311），旨在整理和審查認知神經增強的最先進的研究、技術和工藝，包括（但不限于）神經調控和神經反饋。該小組報告了最近的研究和開發工作、經驗教訓、每種方法和方法組合的優點和缺點（包括不良的副作用）、北約參與者的最佳做法、科學/技術挑戰，以及最終將神經增強技術部署到訓練和行動中的其他重要考慮。

本報告的目的是總結HFM-311小組的研究活動和科學觀點，重點是與增強認知性能、優化準備和復原力以及加速恢復和研究有關的一些成功和內在挑戰。

2.0 引言

神經增強是基于神經科學技術和工藝來改變中樞和外周神經系統的活動并增強心理功能[1], [2]。心理功能是多樣化和動態的，包括參與感知、認知和情感的大腦機制和過程。增強與優化是不同的。增強是指加速或放大個人和團隊的表現，使其超過峰值能力，而優化則是指在面對逆境時保持峰值表現[3]。在此，我們考慮兩種具體的神經增強形式：神經調控和神經反饋。

3.0 神經調控

神經調控是指將外源性能量引入中樞或外周神經系統，以改變神經系統的活動、神經遞質和荷爾蒙活動以及情感和行為。在參與的北約國家中，已經考慮了五種主要的神經調控方法：經顱磁刺激（TMS）、經顱電刺激（TES）、經顱聚焦超聲刺激（TFUS）、經皮外周神經刺激（TPNS）和顱腦電刺激（CES）。

3.1 經顱磁刺激(TMS)

經顱磁刺激（TMS）利用時變磁場，通過電磁感應過程在大腦中產生強大的電場，從而對神經元活動進行超閾值調控[4]。

改變rTMS參數以可靠地抑制或激發神經回路的能力表明，它對于選擇性地改變皮質活動以提高認知能力具有潛在價值[5]。此外，針對參與多種認知過程的相對內側腦區的能力，如內側前額葉皮層、島葉和前扣帶皮層，為調控與軍事行動相關的一系列感知、認知和情感過程提供了令人興奮的機會。這些包括快速檢測和辨別威脅、理解信息、解決問題和做出決定的能力，以及在壓力和逆境條件下調節情緒反應。

對TMS和rTMS在認知增強方面的應用進行了回顧，發現有61篇已發表的論文表明，增強的過程范圍很廣，包括 "知覺辨別和運動學習、更快的眼球運動、加快視覺搜索和物體識別，以及在涉及注意力、記憶和語言的任務中表現出色" [5]。在該綜述中，作者談到了TMS的三類潛在增強機制：非特異性效應、直接效應和加-減效應。

非特異性效應與刺激方法的心理效應有關，它不是由于誘導的電磁場的任何直接影響造成的。具體來說，由于TMS設備的振動和點擊而產生的感覺內促進和喚醒可以提高同時（甚至離線）任務的表現[6]。在接下來的章節中，我們會注意到，神經調節的非特異性效應也充斥在其他刺激方法中。

直接效應是指刺激對表面上參與成功執行認知任務的大腦區域產生的影響。在離線（任務執行前）和在線（任務執行期間）方案中都發現了腦刺激對認知任務執行的直接影響。例如，針對左背前運動皮層的離線興奮性經顱磁刺激可以減少運動錯誤，增強新運動技能的鞏固[7]。同樣，針對頂葉皮層的在線興奮性經顱磁刺激可以減少空間工作記憶任務中的反應時間[8]。

通過減弱而增加[5]，也被稱為通過減弱而增強[9]，涉及到試圖干擾對任務表現不太重要或反作用的大腦區域的功能。通過抑制大腦功能網絡中一個或多個節點的活動，研究人員可以間接地提高對任務至關重要的大腦區域的功能。這種模式的出現有多種原因，包括一個節點對另一個節點的抑制作用的釋放[10]，為一個關鍵節點釋放代謝資源[11]，或降低對學習或任務表現不重要的自動過程[12]，[13]。

因此，有證據表明，TMS至少可以通過三種機制誘發認知性能的提高，為TMS在軍事上的應用提供支持。潛在的應用包括加速知識的獲得，促進記憶的保留或檢索，或加速運動技能的訓練。鑒于TMS設備的尺寸和有限的便攜性，以及需要經過嚴格培訓的技術人員進行正確操作，TMS可能最適合于軍事教育和培訓的背景。它也可能適用于加速從創傷性事件暴露中恢復。

例如，軍事人員需要學習一些一般和專門的運動技能，包括全身運動模式（如戰術演習、準備瞄準、負載時的協調運動），以及精細和粗大運動技能（如武器操作、車輛和飛機駕駛、設備裝配）。復雜運動技能的訓練通常是在訓練設施或靠近訓練設施的地方進行的，因此可能適合引入TMS來加速新運動技能的獲得。埼玉醫科大學（日本）的一系列研究表明，針對同側初級運動皮層的rTMS可以改善運動技能的學習[14]-[16]。這些結果被認為是逐次加法機制的一個例子，對側來源的半球間抑制的釋放促進了同側依賴的過程，并可直接應用于軍事訓練。

在軍事訓練環境中成功采用TMS（或rTMS）至少有五個挑戰。首先，TMS設備的購買、操作培訓和維護費用對大多數軍事單位來說都過于昂貴。第二，TMS的管理涉及到雇用經過培訓和認證的專家，以確保適當的系統定位和使用。第三，盡管許多引用的報告為TMS潛在的性能提升效果提供了令人信服的證據，但也有許多研究表明，刺激參數（如位置、線圈類型、頻率、強度、持續時間、時間）的輕微和不明確的變化可以減少甚至逆轉預期的刺激效果。第四，我們沒有發現令人信服的證據表明，TMS所引起的任何學習或訓練加速會長期保持和/或轉移到類似但未學習的任務上。事實上，TMS對大腦的影響是非常短暫的；即使是高頻率的rTMS，任何神經影響也僅限于刺激后的大約1小時。最后，雖然TMS在典型的電荷密度（≤40μC/cm3/相）下不太可能對腦組織造成傷害，但TMS可以引起罕見但有時很嚴重的副作用，如頭痛、癲癇發作和聽力損失[17]。

3.2 經顱電刺激(TES)

經顱電刺激（TES）使用直接或交流電在大腦上產生彌漫性電場，導致神經元膜電位的閾下調控。顱內電刺激有三種主要方法：經顱直流電刺激（tDCS）、經顱交流電刺激（tACS）和經顱隨機噪音刺激（tRNS）。一個相對較新的進展是將tACS與直流電（DC）偏移結合起來，以創造振蕩性tDCS（osc-tDCS）。

在TES中操縱了許多參數，包括電極本身的特性（如表面積、形狀、數量）、頭皮上電極的排列、以及刺激的頻率、極性、強度、時間和持續時間。這些參數中的每一個都被證明可以調節TES對大腦功能和/或行為結果的影響的穩健性和/或可靠性[18]-[22]。

誘導神經元潛能的亞閾值調控和對神經元群體進行誘導或誘導的能力表明，TES對于粗略調控皮質活動和提高認知能力具有潛在價值[23], [24]。雖然tES被認為主要是調控相對淺表的皮質層[25], [26]，但許多分布式神經網絡的關鍵節點都位于相對淺表的區域，如額葉控制網絡、默認模式網絡和背側注意網絡的節點[27]。這些網絡負責不同的感知、認知和情感過程，這表明調節這些網絡的節點會帶來不同的下游神經元，甚至是行為的影響。

一些已經發表的評論[23], [24], [28]，詳細說明了TES對提高認知能力的潛在作用和局限性。這些評論基本上得出了以下結論。首先，許多精心設計的高功率實驗證明了TES對一系列認知任務的積極作用。第二，通過薈萃分析的方法來了解TES對認知性能的影響，如警惕性、工作記憶或執行功能，發現結果不一[19], [29]-[34]。第三，實驗方法多種多樣，可能是導致tES對認知能力影響不同的原因。檢驗tES對認知功能影響的研究使用了大量的參數，包括刺激設備本身、電極類型和數量、刺激極性、強度和持續時間，以及在線與離線刺激[35]-[37]。第四，研究界缺乏一個普遍接受的機制理論來解釋TES對大腦和行為的影響。許多理論已經被提出來，詳細說明了tES的分子、細胞和電生理效應，以及它們如何與行為功能的改善相聯系[38]，但每個模型只能說明現有tES研究結果的一部分，這說明需要通過實驗和計算模型來獲得更全面的機理理解。第五，將tES與其他強化干預措施相結合，如藥物、運動和認知訓練，是一個令人興奮但研究不足的課題[39]。

因此，有一些證據表明，tES可以改變認知表現，盡管效果大小是小到中等的，而且不同的研究和實驗室的結果是高度不一致的。在軍事訓練或作戰環境中成功采用tES，有幾個挑戰。

首先，現有的研究沒有顯示出足夠一致或令人信服的結果，以保證在非研究環境下的近期采用；在許多情況下，TES可能證明對調節行為無效，更糟糕的是，它可能大大降低性能[40]-[44]。其次，長期的安全性和敏感度尚不清楚，長期、重復使用tES有可能對大腦結構、功能和疾病產生未知的影響[45]。任何這樣的風險都可能因神經元對重復使用TES的脫敏而導致強度或時間增加而加劇。第三，雖然許多消費者級別的設備在公開市場上可以買到，但絕大多數的TES研究都是使用符合更高制造和監管準則的研究和/或臨床級別的設備。因此，如果沒有令人信服的科學數據來證明消費級設備所產生的效果的可靠性和穩健性，采用這些設備是不成熟的，而且有潛在的危險[46]-[48]。第四，沒有正式的臨床認證來安全、可靠地準備和實施TES方案，這就帶來了TES的實施會出現高異質性、低質量控制和可靠性以及意外和潛在的危險結果，如皮膚刺激、電灼傷、頭痛和偏頭痛的風險[45]。

盡管存在挑戰，國際軍事界已經開始在研究和訓練環境中采用tES。在美國，陸軍、空軍和海軍已經廣泛發表了關于提高性能的tES主題，承認在實驗室任務中急性和長期給藥的潛在收益，以及與未來應用于訓練和行動有關的許多挑戰[3], [41], [49]-[60]。

3.3 經顱聚焦超聲刺激(TFUS)

經顱聚焦超聲刺激（tFUS）利用超聲頻率的壓力波對下層組織進行無創但高度局部（毫米級）的刺激，從而產生超閾值的神經調節作用[61]。經顱應用超聲可以激發和抑制神經元發射率的可能性并不完全是新的，在20世紀中葉就用貓證明過[62]。從那時起，經顱超聲對神經元活動的影響已在一些動物模型中得到研究，包括大鼠、兔子和猴子[63], [64]。

在人類中使用tFUS的研究非常有限，而且主要局限于測量tFUS給藥后的感覺影響。例如，用tFUS瞄準初級體感皮層（S1）可以改善感覺辨別能力[65]，直接喚起手指和手的感覺反應[66]，并改變感覺誘發電位[67]。最近的研究還表明，針對初級視覺皮層（V1）的tFUS效果可以產生視覺磷光，激活大腦網絡（通過功能性磁共振成像記錄；fMRI），并改變EEG活動[68]。tFUS也可以用于適合針對皮層下大腦結構的深層焦距；在一項研究中，研究人員能夠針對丘腦，改變感覺誘發電位和感覺識別任務的表現[69]。

鑒于tFUS剛剛開始用于提高性能，它在短期內應用于軍事領域存在相當大的障礙。雖然診斷性超聲有安全指南，但tFUS沒有正式指南，也沒有系統和嚴格的研究概述tFUS在人類應用中的安全狀況。事實上，有許多與tFUS給藥相關的參數可能與其安全狀況和對神經元活動的影響相互作用；這些參數包括tFUS給藥的頻率、強度、持續時間、刺激間期和脈沖重復期，以及由此產生的機械指數（MI）、熱指數（TI）和顱骨熱指數（TIC）[70]。這些參數尚未被全面定義或建模，它們對人類腦組織的機械和熱效應的獨立和互動影響，而不考慮它們對神經元活動或行為的影響。由于這些原因，據我們所知，tFUS迄今還沒有在軍事研究中被采用。

3.4 經皮外周神經刺激(TPNS)

TMS、tES和tFUS旨在直接調節中樞神經系統的活動，而經皮（也稱為經皮）外周神經刺激（tPNS）以外周神經系統的活動為目標，分別旨在直接和間接調節外周和中樞神經系統的活動[71]。目前有兩種主要的tPNS形式，包括經皮迷走神經刺激（tVNS）和經皮三叉神經刺激（tTNS）。這兩種技術都涉及粘貼兩個電極，通常是在前額或耳朵的主要感覺分支附近，并施以低強度（如2-4毫安）的交變（如8赫茲）電流。通過迷走神經和三叉神經對腦干核的支配，刺激這些外周神經的傳入投影可能會對與認知功能有關的大腦皮層區域產生上游效應，如腦室（LC）和網狀結構[3], [71]- [73]。

為了測試這種機制對認知的影響，一項研究施用taVNS并評估其對錯誤后速度的影響，這是一種心理現象，即參與者在犯錯后通常會放慢速度[74]。結果顯示，相對于假藥，taVNS增加了錯誤后的速度，作者認為這是taVNS調節認知過程的證據，被認為是依賴于NE釋放。自錯誤后研究以來，更多的研究補充了這項工作，證明了taVNS對老年人的臉部名稱聯想記憶[75]、條件性恐懼消除潛伏期[76]、發散性創造性思維[77]、以及多任務和抑制性控制[78]的積極影響。也有一些證據表明，即使是短時連續的taVNS給藥也能可靠地降低特定脈寬（500μs）和頻率（10-25 Hz）的心率[72]，并減少交感神經系統的活動，如心率變異性增加所表明的[79]。

雖然這些神經生理學和行為學方面的研究結果并不像tES那樣多，但它們提供了令人信服的初步數據，表明taVNS可能在NE調節可能被證明是有利的情況下提供效用，如在獎勵學習期間[80]，在調解壓力引起的認知性能下降[81]，[82]，以及在許多臨床疾病中[83]。毫不奇怪，taVNS已被追求其在軍事性能提升方面的潛力，特別是由美國陸軍研究實驗室[72], [72]。這些研究大多是相對基礎性的，提供了對taVNS如何影響靜止的大腦活動和心臟生理學的新認識。鑒于taVNS在調節交感神經系統活動方面的潛在有利影響，值得考慮它在緩解壓力條件下的性能下降方面的潛力。

經皮三叉神經刺激（tTNS）受到的關注遠遠少于taVNS，但它具有改變壓力反應和焦慮的潛力。三叉神經或第五顱神經在頭皮和幾個面部和口腔區域有多個傳入投射[84，第197頁]。三叉神經支配著腦室、網狀結構、丘腦和多個皮質區域，可以通過對面部或頭皮周圍的傳入神經突起施加低強度的經皮交流電進行刺激。刺激三叉神經在治療神經精神疾病[85]、[86]、偏頭痛[87]和癲癇[88]方面受到極大關注。

在美國，據我們所知，只有一個項目正在研究TNS對神經系統功能和行為的影響，該項目由美國國防部高級研究計劃局（DARPA）贊助，名為定向神經可塑性訓練（TNT）。該項目正在研究TNS對NE和多巴胺反應、人類學習和記憶、威脅探測能力和射擊訓練的影響。

3.5 顱骨電療刺激(CES)

顱腦電療刺激（CES）是一種神經調節工具，用于治療一些臨床疾病，包括失眠、焦慮和抑郁癥。它是通過在皮膚表面雙側解剖位置（如太陽穴或耳垂）放置兩個電極的方式進行的。與tPNS一樣，CES可能誘導外周神經的閾下調節，間接地調節中樞神經系統的活動[89]。研究CES治療這些疾病的效果的研究一般都設計得很差，或者顯示出很高的利益沖突的可能性；這些研究的結果在為CES提供支持方面一般不一致，盡管沒有研究顯示CES會加劇這些疾病的癥狀[90], [91]。

最近，數量非常有限的研究對CES在健康、非臨床樣本中改變情感、生理和行為進行了研究。這些研究表明，CES可以改變對急性壓力的主觀焦慮感，但沒有令人信服的證據表明這些變化伴隨著預期的內分泌反應，如在壓力源期間或之后α-淀粉酶或皮質醇水平降低[92]-[96]。CES效應背后的生理、神經化學和新陳代謝機制目前還不清楚。計算模型表明，在耳垂上用CES給藥的電流可以在很低的強度下到達皮層和皮層下區域，用腦電圖（EEG）和磁共振成像（MRI）的研究表明，在CES給藥期間，對α波段EEG活動有一些影響，并對默認模式網絡進行調制[89], [97]-[102] 。

在我們對在臨床和非臨床人群中使用CES的研究的回顧中，我們發現了嚴重的方法學問題，包括潛在的利益沖突、方法學和分析偏見的風險、假象可信度的問題、缺乏盲法、以及所選CES參數的嚴重異質性和雇傭者的表現對于支持在軍事訓練、行動或恢復期間使用CES至關重要，確保CES的任何好處超過了不良事件的風險，而不僅僅是由于安慰劑效應。例如，美國陸軍CCDC士兵中心正在測量和推進士兵戰術準備和有效性（MASTR-E）計劃的背景下進行這項研究。

4.0 神經反饋

神經反饋是生物反饋的一種形式，涉及對神經信號的實時監測，如通過EEG或fMRI，并將該信號呈現給參與者（如視覺、聽覺），協助他們調節自己的神經信號和行為[103]。通過神經反饋的閉環過程，參與者學會了如何自愿地調節自己的神經活動和行為，有可能應用于臨床康復[104],[105]、治療[106]和人類表現[107]。

科學家們還沒有對神經反饋效果的單一機械性解釋做出定論，關于科學和應用狀況的爭論仍然存在。例如，一些人質疑在現有的神經反饋研究中發現的小樣本量（即許多低于n≤20）、不一致的假象和對照程序、關于理想的療程數、療程持續時間或療程間時間的未知數，或神經反饋效應的持久性和普遍性[103], [108]-[111]。此外，一些研究表明，即使是在非靜脈閉環反饋（如隨機信號或其他參與者的信號）的情況下，神經反饋也能證明是有效的，這表明僅僅相信神經反饋和/或參與認知控制網絡可能是一些神經反饋效果的基礎[112], [113]。

盡管科學的不確定性，國際國防研究已經追求神經反饋的若干應用，包括注意力訓練和加速知識的獲得。例如，在美國，DARPA和陸軍研究辦公室（ARO）以及陸軍研究實驗室（ARL）已經資助了神經反饋研究，研究關于喚醒狀態的EEG生成的神經反饋是否可以影響生理信號（瞳孔直徑和心率變異），并改變壓力下的避開邊界任務的表現[114]。作者發現有證據表明，在真實的（相對于假的）神經反饋條件下，喚醒反應減少，而在邊界回避任務中的表現更出色。ARO和ARL也資助了一些研究，試圖開發神經反饋對大腦和行為的更全面的機制模型[115]。空軍研究實驗室資助了使用fMRI神經反饋訓練工作記憶能力的研究，證明了相對于對照組而言，在n-back任務上有明顯的提高[116], [117]。

5.0 神經增強的方法學挑戰

與任何新生的科學學科一樣，存在一些方法上和概念上的挑戰，使其難以設想在近期內應用于軍事訓練或行動。本節將詳細介紹其中的一些挑戰。

5.1 副作用和不良事件

實驗和薈萃分析研究表明，不同的神經增強技術有不同的副作用和不良事件。經顱和經皮電刺激通常會誘發刺痛、瘙癢、灼熱、疼痛和疲勞的皮膚感覺。大多數參與者在使用經顱電刺激時至少會出現一種皮膚刺激癥狀[118]，而使用taVNS時出現這種癥狀的參與者要少很多[119]。TES的不良反應往往是短暫的，主觀強度為輕度至中度[45], [120]-[122]。

對于TMS，風險包括癲癇誘發、躁狂癥、頭痛或局部疼痛、聽力變化、電極燒傷或腦組織過度加熱[123]。據估計，在非癲癇樣本中，高頻經顱磁刺激誘發癲癇發作的風險低于1%，過度狂躁癥很少見，但在左前額高頻經顱磁刺激中可能出現，經顱磁刺激中經常出現一過性頭痛或頸部疼痛[124]，其他風險可忽略不計或沒有報告[123]。

對于tFUS，對參與者（7個實驗中的N=64）報告的tFUS給藥后的副作用的回顧表明，沒有嚴重的不良反應，但有大約11%的輕度到中度的副作用[125]。這些副作用包括困倦、焦慮、肌肉抽搐、注意力不集中和頸部疼痛，類似于TES或TMS的一些副作用。另一篇評論表明，當刺激強度超過安全標準時，可能會發生腦部微出血，也可能無意中打開血腦屏障，以及神經元損傷或死亡[70]。

對于CES，最常報道的副作用是眩暈、皮膚刺激和頭痛[126]，估計約有1%的時間發生[127]。在設備制造商發布的用戶手冊和報告中，指導意見是降低刺激強度以減輕任何報告的副作用；當然，在研究環境中，這種策略會導致不同參與者的刺激強度不同。在不是由與CES設備制造商有關的作者進行或發表的研究中，副作用的頻率是混合的。在一項研究中，25%（3/12）的參與者由于對頭暈或頭痛的副作用感到不適而自我放棄。在另外兩項研究中，報告的副作用在主動和假的CES組之間沒有明顯差異[128], [129]。

對于任何使用磁場或電場來改變神經元活動的設備，也有一種風險，即長期、重復使用這些設備可能以未知的方式永久地改變大腦形態或功能連接。長期的流行病學研究可能被證明對闡明這些風險很有價值，特別是隨著設備在消費者中的可用性以及家庭和職業使用的不斷增加。

5.2 偏倚風險

Cochrane偏倚風險（RoB 2）工具提供了一種機制，用于正式確定隨機試驗中可能存在的偏倚風險[130]。在評估偏倚風險時，包括五個關鍵領域，包括隨機化過程中產生的偏倚、偏離預期干預措施、結果數據缺失、結果的測量和報告結果的選擇。

隨機化過程包括以充分隱蔽的方式將參與者隨機分配到干預組，并對干預組之間的基線差異進行評估和控制。例如，在一項考察經顱磁刺激對初級運動皮層運動序列學習影響的研究中，參與者被分配到干預組，而沒有報告隨機分配[131]。在檢查使用tDCS、taVNS和CES的研究時也發現了類似的報告缺陷[19], [79], [132]。

偏離預定的干預措施涉及參與者和/或研究人員沒有充分地對分配的干預措施進行保密。大多數TDCS研究是單盲的，而不是雙盲的，這增加了干預措施沒有充分隱瞞參與者的可能性[19]。即使對參與者進行保密，主動和假TDCS條件下的皮膚刺激性差異也會使參與者意識到他們所分配的干預措施[133]。這并不是TDCS的獨特之處；設計適當的假象程序以有效地蒙蔽參與者，對任何神經調節技術都是一種挑戰。例如，主動TFUS可以引起視覺磷光，而在假象條件下是不存在的[68]，假象TMS程序可以引起感覺和運動的副作用，可以選擇性地和可靠地改變任務表現[134]。

結果數據缺失涉及報告沒有涵蓋所有的參與者、操作、措施和結果數據。我們使用 "在其他地方發表"、"單獨報告"、"參與者被排除"、"大型研究的一部分 "和 "數據被排除 "等術語對神經增強研究進行了審查，以評估已發表作品中參與者和/或數據遺漏的頻率。在tES、TMS、taVNS、tTNS、CES和Neurofeedback等領域，發現了數千項研究。重要的是，其中許多情況要么沒有充分說明遺漏參與者、措施或數據的理由，要么遺漏的方面最終沒有在其他地方發表（到目前為止）。例子包括在不同的出版物中以不同的排除標準報告tES的行為和神經科學結果[135]，在不同的出版物中報告神經反饋效果的主觀和客觀措施[136]，以及在沒有充分統計學理由的情況下將參與者排除在分析之外[137]。

結果的測量評估了所選擇的測量結果的方法是否合適，在不同的干預條件下是否一致。例如，對神經反饋研究的一個批評是，結果測量在多大程度上充分反映了知識或技能的轉移[103], [138], [139]。事實上，通過正式的分類法選擇適當的近、中、遠期轉移的措施是很重要的，但也非常具有挑戰性[140], [141]。

報告結果的選擇評估了分析和報告結果是否全面，是否遵循先驗計劃，而不是從多個分析的結果中 "偷梁換柱"。遺憾的是，經常看到神經強化出版物有選擇地報告某項任務的反應時間或準確性，而省略對其他措施的分析[142]。鼓勵按照預先規定的計劃進行報告的一種方法是注冊報告，即在收集數據之前提交一份詳細說明所有假設和分析的手稿[143]。神經強化研究將受益于這種機制，它有助于減少對無效或意外結果的內在抑制。

5.3 可復制性

科學家們認為，在心理科學領域發表的正面結果過多，導致了一些人認為存在"復制危機"[144]。在最極端的情況下，科學家們認為，目前機構對發表正面結果的激勵導致了一種估計，即 "目前發表的大多數研究結果都是假的"[145]。在另一個極端，一些科學家認為，復制的嘗試是在浪費時間，并扼殺了創造力（也許是創造力被扼殺的結果）[146], [147]。介于這兩者之間的是一種更進步的觀點，認為即使是明顯的復制失敗，也可能對推進實驗方法和理論的發展有參考價值[146]。

關于科學如何進步的一種理論是，經歷了對激動人心的創新方法和結果的最初熱情、提出若干機械和概念模型和理論、圍繞一種方法的總體模糊結果的積累，然后對一種現象及其相關理論慢慢失去興趣的階段[148]。從長遠來看，這些理論中有許多被忽視，而不是被正式證偽，而且有一種趨勢（稱為衰退效應），即隨著時間的推移，一種現象的強度會隨著后續研究或復制嘗試的進行而減弱[149] 。

神經強化研究也不能幸免于復制危機，科學家和從業者在解釋來自低功率或可能有偏見的研究的創新技術的強烈主張時必須謹慎。在神經反饋領域，研究被批評為沒有足夠的方法細節來支持復制的嘗試[150]，樣本量過小[151]，以及可重復性有限[152]。類似的批評也出現在tES[11]、[31]、[32]、TMS[153]-[155]、CES[132]、[133]和經皮外周神經刺激[76]、[156]方面。隨著更多的復制嘗試和原始研究的進行，較新的神經增強技術，如tFUS，很可能會遇到此類批評。

為了提高研究的可復制性，神經增強研究可以做幾件事。首先，科學家和出版商應該促進和執行樣本大小，使其力量最大化，并使第一類錯誤的可能性最小化。小的樣本量和低的統計能力破壞了我們識別真實效應的能力：眾所周知，低能力的研究不太可能發現真實的效應，當發現效應時，其預測價值很低，而且任何已識別的效應的大小都可能被夸大[157, p. 201]。第二，科學家、機構和出版商應該對報告無效或反直覺結果的稿件給予同等重視，前提是符合樣本量標準[158]，[159]。對正面結果的出版偏見不僅發生在原創科學中，也發生在復制嘗試中，并污染了理論發展和通過薈萃分析對結果進行的系統匯總[160]。第三，注冊報告和開放數據共享是減少出版偏見、提高科學透明度和可復制性的有效工具[159，第20頁]。

5.4 參數的異質性

每種神經增強技術都有無數的參數，這些參數的選擇和操作往往是不一致的或沒有充分的理由；相反，在許多情況下，神經調節參數的選擇是由于熟悉或方便。此外，很少有計算模型試圖描述和預測獨立和互動的參數操作對人類表現結果的影響。

對于TMS和rTMS，參數包括訓練的數量和持續時間（在一個區塊內連續重復刺激）、訓練間隔、刺激部位和強度以及應用脈沖的數量[161, p.]。對于TES，參數包括電極的數量和類型、刺激部位，以及刺激的時間、強度、頻率和持續時間[19]，[30]，[121]。本報告中確定的所有其他神經增強技術也存在類似的復雜參數空間。

其結果是高度異質性的文獻，不僅限制了可復制性，而且使優化參數空間以促進可靠和穩健的性能結果成為挑戰。美國陸軍的元回歸建模工作旨在更好地描述和優化TES的參數空間，提供更有針對性的參數選擇，以適應環境和任務，增加實現對人類性能的積極影響的可能性。

5.5 利益沖突

當專業判斷或活動，如選擇實驗條件或分析和報告哪些數據，受到經濟利益等次要利益的影響時，就會發生利益沖突（COI）[162]。例如，當研究由神經增強技術的制造商或零售商贊助時，這可能會干擾以誠實、有條理或合理的方式進行研究的主要利益。此外，當科學家或從業者與任何從研究結果中獲益的實體合作，或以其他方式參與建立、維持或管理這些實體時，就會出現COI。

消費者級別的神經增強技術的擴散，使COI成為報告科學完整性的一個相當大的風險。例如，在我們對CES文獻的審查中，我們發現至少有一半的CES研究報告是由CES制造商資助的，或者是由CES制造商或零售商的創始人、所有者、管理層或董事會成員撰寫的[126], [127], [163]-[166] 。當然，這些作者會從積極的研究結果中獲益，增加了研究結果受到潛在的利益沖突影響的可能性（有意或無意）。

6.0 神經增強技術的其他挑戰

該小組確定了在軍事環境中開發和應用認知神經增強技術的另外幾個重要考慮因素。本節總結了這些考慮因素。

6.1 倫理方面的考慮

神經增強的研究和技術發展激發了許多科學家、從業者和哲學家對改變大腦結構或功能、思維過程和行為的倫理基礎提出質疑[167]。思考神經強化的倫理意義的一種方式是，除了安全之外，還要關注以下原則：受益、自主和公正（beneficence, autonomy, justice）[168]。

受益涉及到以有利于他人的利益為目標的行動，例如通過仁慈或慷慨的方式。在研究中，受益原則與利益最大化和風險最小化以及無害化有關，是研究方案審查的基石[169]。當任何特定技術的長期影響相對未知時，計算與神經增強技術相關的成本效益分析可能很困難。正如興奮劑的使用有長期成癮和濫用的風險一樣，神經調節技術可能會對健康產生長期的負面影響，這可能會因為商業設備的可用性和缺乏FDA的監督而得到加強。

自主性包括尊重和避免對每個人的自我管理能力和權利的不適當影響。考慮到選擇服役涉及到限制一些自我管理，軍事人員為自主權提供了一個獨特的案例[167]。這種情況增加了脅迫的可能性，并使軍事人員面臨不適當的安全風險。雖然在某些情況下，神經增強可能有望減少受傷或死亡的風險[170]，但在其他情況下，結果可能是未知的。事實上，任何旨在外在地改變大腦活動、思想、性格和行為的干預措施也可能會降低個人的自我管理能力。這種可能性并不是軍人特有的，但鑒于人們希望順應潮流和追求卓越，這種風險可能會被放大。

公正，特別是分配的公正，決定了在使用和獲得神經增強技術方面的不平等應該被最小化[167]。換句話說，如果性能確實可以被可靠和穩健地增強，那么誰應該有機會獲得這種能力？我們很容易想象這樣一種情況：只有那些能夠負擔得起消費性神經增強技術的人才能從其對績效的影響中獲益，從而擴大差距，降低分配的公正性。另一方面，有些人認為，增加消費者對神經增強技術的使用，最終會使社會整體變得更好，因為社會經濟地位的各個層面最終都會獲得好處[171, p. 200]。

除了有益性、自主性和公正性之外，還有一些額外的倫理考慮。其中包括與神經增強技術影響下自我管理能力下降有關的法律問題[167], [172]，過程與結果的卓越性之間的區別[173]，以及對社會的人格概念的潛在威脅。在對神經增強技術的監管方面也存在差距，特別是相對于其他旨在提高成績的興奮劑和藥品而言[174，第20頁]，這表明有必要建立全面的框架來理解和模擬神經增強的倫理，并為該領域的監管提供信息。

在軍事背景下選擇和部署神經強化技術的政策和程序是非常必要的，以支持安全和有益，并保護個人自主權。

6.2 凈零和收益

許多理論模型試圖捕捉可能解釋和預測神經增強對認知性能影響的機制。在經顱電刺激領域，這些理論包括平衡效應、滑動尺度、輸入特異性、隨機共振、活動選擇性，以及通過夾帶振蕩模式的增強[11], [38]。許多現代理論依賴于滑動尺度模型，認為正極刺激會增加神經元的興奮性（去極化），而陰極刺激則相反（超極化）。

一種滑動比例模型，即零和模型，表明刺激通過對各種腦區的拮抗性調節而導致凈零和收益[11]。該觀點認為，有限的代謝資源和大腦區域固有的相互依賴性將產生這樣一種情況，即一個區域的激活可能完全被另一個區域的失活所補償；換句話說，通過神經增強所經歷的任何收益可能涉及到將共享的能量資源重新定向到上調的區域或網絡。關于這個問題的評論表明，使用非侵入性大腦刺激的結果中，有多達近一半的結果可以用零和模型來解釋[5], [175]。如果是這樣的話，許多現有的研究在單一領域（如工作記憶、情緒調節或運動輸出）內考察神經增強方法的效果，可能高估了在要求更多樣化的中央處理的更現實的背景下可以實現任何增強的程度。

事實上，軍事行動涉及眾多感知、認知和情緒過程之間的互動，以實現持續和準確的表現。可能的情況是，任何確定的優勢，例如在抑制性控制方面的優勢，可能伴隨著不同領域的未知的負面影響。例如，通過以dlPFC為目標的tES對前額-頂葉控制網絡的上調[176], [177]可能會引起代謝資源從其他大腦網絡，如顯著性網絡的重新定向[178]。在這種情況下，神經增強的表現可能確實會誘發依賴于執行控制的增強過程，如在任務集之間靈活轉換，或抑制預先的反應；然而，這種增強可能伴隨著檢測和關注突出的、目標相關的事件的能力下降。這種權衡可能會對軍事背景下的作戰表現產生不利影響：雖然這種類型的神經增強可能會提高，例如，在無線電通信和關注與一群平民的互動之間靈活切換的能力，但理論上它可能會導致同時增加檢測環境中重要變化（例如，武器的出現）的延遲。在這一點上，任何凈零和效應將如何在宏觀層面（如神經網絡）或微觀層面（如細胞內機制）實現，任何神經成本是否會被證明對行為有代價，任何此類成本可能持續多長時間，以及它們是否在所有情況下都是可逆的，都是未知數。

在認知科學和國防科學的交叉點上繼續研究，在計算成本效益分析時必須考慮這些參數；要做到這一點，這種計算必須以實證研究結果為依據。這表明，研究的目的不僅在于了解神經增強策略對感興趣的目標過程的影響，而且還在于了解可能不直接感興趣但可能對現實世界的運作和最終的軍事應用很重要的過程。

6.3 未定義人類表現的生物極限

人體增強的概念在與它的測量和推廣有關的文獻中引起了一些爭論。該小組討論了一個具體的爭議，即如果神經增強的目的是提高人類的能力，使之超過以前可達到的水平，那么我們必須可靠地量化以前可達到的水平。如果不建立這一重要的性能基線，就沒有任何有意義的方法來確定是否發生了作為任何神經增強干預功能的增強。有兩種主要的方式來提高概念化性能。首先是相對于非增強狀態的簡單性能改善；例如，對前額葉皮層實施主動TDCS可能會加快相對于假的工作記憶能力訓練。有些人可能會認為這是一種性能增強的形式，相對于控制條件，隨著時間的推移，提高了準確性、反應時間或敏感性等指標。

概念化性能增強的第二種方式是相對于人類生物標準的改善。在這種情況下，性能的提高需要超過生物規范[179, p. 201]。生物規范可以通過定義人類表現的理論極限在人群層面上進行評估，也可以通過了解團隊的峰值表現在團體層面上進行評估，還可以在個人層面上進行評估。我們認為，在這些分析層面上，峰值表現都沒有得到充分的定義。

讓我們考慮一下簡單反應時間的情況。在一個簡單的反應時間任務中，一個刺激以一種或多種感官模式呈現，參與者的任務是盡可能快地對刺激的開始做出反應[180]。例如，一個視覺刺激（一個點）可能以偽隨機的間隔呈現在電腦顯示器上，被試者可能通過按鍵盤上的空格鍵對其呈現做出盡可能快的反應。

人類簡單反應時間的生物學極限是什么？在目前的例子中，讓我們不考慮計算機硬件和軟件所固有的時間和延遲問題、刺激發生不同步（SOA）的影響、激勵、動機、注意力、準備性運動反應和練習的潛在影響[181], [182]以及任何其他實驗參數。相反，讓我們只考慮人類的生物系統，它提供了一些處理反應時間的生物限制問題的方法。

一種方法是考慮人類視覺和運動系統的模型，以及理論上人類對視覺刺激的感知和反應的最低延遲。在這些模型中，視覺感覺將從光線照射到視網膜并激活光感受器開始，引發一連串的神經活動，通過丘腦的外側膝狀核，并到達初級視覺皮層。然后，信息將通過更高層次的視覺皮層，并通過背流通路傳到皮層的頂葉和額葉區域。從視網膜到初級視覺皮層，腦磁圖（MEG）研究表明，神經延遲平均為71毫秒[183]。再往前走，初級視覺皮層和初級運動皮層之間的間接抑制性聯系相對來說是低延遲的，被認為是在大約15-20毫秒的范圍內[184]。因此，從理論上講，視覺信息被感知和信息傳播到初級運動皮層并有可能在傳出運動指令中發揮作用的時間應該少于100毫秒。使用MEG和肢體肌電圖（EMG）記錄的研究表明，從視覺刺激開始到肌電圖開始（例如，手臂運動）大約需要160毫秒，這表明運動指令的啟動大約需要60毫秒[185]。同一研究表明，在EMG活動開始后，運動還需要70毫秒的時間。這些研究結果表明，人類的視覺運動系統平均需要230毫秒來感知、解釋和對視覺輸入作出運動反應（即穿越刺激編碼、刺激-刺激轉換、刺激-反應轉換和反應選擇等階段[186]）。對簡單反應時間的經典回顧發現了類似的結果，平均約為220毫秒[187，第1頁]。當然，對視覺反應時間220-230毫秒的估計只是一個更大的分布的平均值，它有左右兩條尾巴；左邊的尾巴特別有趣，因為它有可能說明加速反應時間的生物極限。

不幸的是，大多數報道的簡單反應時間數據都要進行離群點清除，這通常會清除低于或高于標準值的數據；例如，在探索現有文獻時，一個例子研究使用了110-1000毫秒的反應窗口，清除了任何低于（被視為過早）或高于（被視為延遲）這些標準的反應時間[188]。其他研究則使用了100-1000[189]、[190]、100-500[191]的窗口，或只使用150毫秒的下限[192]。在試圖定義反應時間的理論最小潛伏期周圍的分布時，選擇數據排除的可變閾值引入了不確定性。

第二個主要挑戰是在任何反應窗口可靠地分離過早反應和有效反應。例如，如果受試者在110毫秒內對視覺刺激的開始作出反應，那么該反應應該被認為是有效的還是過早的（即假警報）？如果反應發生在視覺刺激開始后99毫秒內呢？我們確實遇到過一項研究，試圖將反應時間的分類界限定義為非常好、好、正常、不壞或壞的延遲[193]。在一個簡單的反應時間任務的表現高峰期，作者認為反應時間會下降到190ms以下。然而，這一建議是在對10名大學運動員進行了總共約20分鐘的測試后得出的。

另一種技術是嘗試測量個人或群體的最佳表現，然后詢問神經增強是否可靠地導致對該基線的偏離。例如，科學家可以測量一個人在無數情況下的反應時間，在一天中不同的時間、溫度、水化和營養狀態、興奮劑消費水平、動機狀態和睡眠狀態。只有通過確定環境變量的最佳組合，科學家才能夠測量出個人的真正峰值表現。當然，我們需要有足夠的巔峰表現的樣本來描述這種分布的性質，并能與神經增強狀態下的表現進行統計比較。在這種情況下，只有當神經增強方法導致個人的峰值表現明顯（從統計學意義上講）超過已確定的峰值表現時，才會發生增強。

即使在簡單的反應時間領域內，確定的峰值性能基線在不同的感覺模式中可能會有很大的不同。例如，聽覺系統一般比視覺系統快，而觸覺系統一般比聽覺系統快[191], [194]。多感官輸入甚至比單一模式更快，這種現象被稱為冗余增益[195]。因此，即使對于人類最基本的行為，即簡單的反應時間，在充分定義峰值性能方面也有相當的復雜性。在考慮涉及相對較高的中央處理需求的任務時，情況可能只會變得更加復雜。例如，反應抑制和解決問題的任務在參數上是特別異質的，引起高度可變的性能，并受到許多內源和外源因素的影響。

7.0 神經增強的未來方向

該小組確定了在軍事環境中開發和應用認知神經增強技術的另外幾個重要考慮因素。本節總結了這些考慮因素。

7.1 改進機制模型和軟件工具

現有的神經增強機制模型，包括非侵入性腦刺激和神經反饋，都非常有限。例如，粗略的文獻回顧表明，僅在過去一年中，就有數百篇發表的論文將正極TES稱為興奮性，而將陰極稱為抑制性。這種簡單直觀的正極和負極刺激的二分法避開了神經元、電場電位、神經回路和行為結果之間固有的復雜的相互作用[196], [197]，并通過建模和經驗工作一再被證偽。例如，神經元相對于誘導電場的方向可以不同地產生神經元膜的去極化和超極化[198], [199]。考慮極性對具有不同形態和功能的神經元的影響時，也會出現同樣的挑戰[200]。科學家們繼續依賴這種過時的機理模型的事實表明，需要有更新、更廣泛的模型，試圖利用滑動尺度模型的明顯的直觀性。

大腦刺激，至少包括TMS[201]和TES[200]，可以對大腦和行為產生非線性效應，這種可能性給現有的機制模型帶來了挑戰。當然，這也為確定現實世界應用的潛在刺激強度和持續時間帶來了挑戰，特別是如果不同的人表現出不同的刺激非線性效應[202]。非線性模型，如使用神經網絡吸引器模型的模型[200]，具有幫助定義和優化個人、環境和任務的刺激方案的潛力。如果這些模型在生物學上是合理的，它們可以指導在實驗室和現場環境下優化刺激方案的驗證工作，幫助彌補基于模型的模擬和真實世界行為之間的差距。

一旦開發出對大腦和行為的神經增強效應的更強大和驗證的機械模型，就有機會開發軟件工具，以指導在軍事背景下使用神經增強工具。終端用戶、培訓師和指揮官可以使用這種工具，以增強軍事單位的競爭優勢。現有的隨研究級和消費級TES設備分發的軟件工具通常提供基本的參數操作；例如，消費級的Foc.us v3設備允許用戶選擇各種TES波形（tDCS、tACS、tRNS）、強度（0.1至2.0mA）和刺激持續時間（最長40分鐘）。研究級設備，如Neuroelectrics（西班牙巴塞羅那）和Soterix Medical（紐約）的設備，提供高度靈活的參數操作，配套的軟件可以預測和優化特定蒙太奇、皮質和皮質下目標的電流傳播。然而，沒有提供指導，以根據個人、環境或任務的功能定制參數。目前，TES對大腦和行為影響的機理模型沒有提供任何這樣的定制，但鑒于有證據表明，強度和持續時間等參數的細微變化可以改變（如果不是逆轉）TES的效果，推進模型并將其過渡到直觀的軟件工具，對成功應用于軍事訓練和行動至關重要。

7.2 減法的加法和加法的減法

關于神經增強如何誘發效應的一個新出現但研究不足的理論是通過加減法[5]。這一理論強調研究表明，減少與感興趣的過程競爭的大腦區域的活動可以導致性能的提高。這種方法與典型的針對表面上參與支持任務表現的大腦區域的神經強化形成鮮明對比，而是針對可能對任務表現有破壞性的其他區域。在TMS文獻中，有一些令人信服的證據表明發生了加減效應。例如，在一項視覺搜索研究中，TMS針對枕葉皮層的運動處理區域產生的反應時間增加或減少，分別與任務是否需要處理基于運動的信息有關[13]。當任務只涉及處理形狀和顏色信息時，抑制運動處理區域會提高任務表現，這表明它們干擾了發生在枕葉皮層鄰近區域的平行過程。在以顳葉皮層為目標的TMS的物體辨別任務中也發現了類似的加減效應[203]，研究了跨半球抑制的減少[204]，[205]，以及一項研究顯示以前扣帶皮層（ACC）為目標的rTMS減少了不協調的Stroop試驗的成本[206]。關于TMS研究的更完整的列表，表明了逐次加法機制的可行性，可以在最初的理論立場文件[5]中找到。

我們提出，類似的結果可能會在TES中找到。例如，下調抑制性區域或反過來上調與任務關鍵區域功能相關的促進性區域，可能證明對任務表現有利。如果是這樣的話，這將為新的方法學打開大門，即間接地以功能相連的區域為目標，目的是改變遠處區域的活動。這種方法可以證明是有利的，例如，通過使用淺層神經增強方法，如tDCS或tACS，間接調節功能連接的皮層下區域[52], [207]。

從科學的角度來看，隨著我們在學術界和國防科學界對神經增強的不斷研究，我們已經認識到，腦刺激可能會像增強性能一樣，無所作為或對性能產生負面影響。

與用減法的加法相比，用加法的減法的概念涉及到神經增強工具可以被用來對表現產生負面影響的可能性。我們把這稱為神經減弱效應，并設想這種策略可能會在未來被敵對勢力使用。事實上，那些旨在提高一系列過程和任務績效的技術，也可以通過有選擇地調整各種參數（如刺激極性、強度、頻率、位置、持續時間）來降低績效。換句話說，旨在使作戰人員更聰明、更快、更強壯的設備，可以被修改以產生神經衰弱--也許是降低智力，減緩反應，或削弱身體。

在某些情況下，從軍事角度來看，神經衰弱可能是有利的。例如，人們可能會發現，損害執行功能可以提高審訊的有效性，損害記憶鞏固可以降低患應激障礙的可能性，或者在壓力下關閉反芻可以改善睡眠質量。我們也可以想象，神經衰弱如何被對手以相反的方式用來直接對我們的士兵施加權力和影響。這里有兩個主要問題需要思考。

首先，神經增強技術將可能成為電子戰的目標，至少使其暫時失去效力，或者在極端情況下導致其管理的頻率或強度有效地降低了性能。換句話說，電子戰可能能夠直接對作戰人員的神經系統施加影響。

第二，我們目前正處于神經增強技術的階段，設備正變得越來越便攜、不受約束和遠程控制。雖然目前的技術要求作戰人員在他們的頭上或周圍佩戴設備，但未來的技術將很有可能能夠使用離地定向能量源誘發神經衰弱的效果。在粗略的層面上，這種分離式的神經衰弱技術可以使士兵暫時不能動彈，而在更精細的層面上，這種方法可以有選擇地以不良方式改變大腦活動和行為，改變戰略優勢。

鑒于許多神經增強技術可以以使用者無法察覺的方式使用（換句話說，他們可能聽不到、看不到或感覺不到它在工作），可以在代理人不知道的情況下施加神經削弱效應。以這種方式，神經增強技術可以在未來的戰爭中被用來對付軍隊，有可能使他們變得更不聰明、更慢或更弱，但現在是在一定范圍內，而且可能不為他們所知。

7.3 閉環神經增強技術

通過結合神經傳感、機器學習和神經刺激模式，閉環神經增強裝置被設計為動態調節刺激參數，作為感知和推斷的精神和/或身體狀態的功能。與神經反饋不同的是，閉環神經增強裝置不涉及向用戶傳遞有關精神或身體狀態的信息。在運動康復領域，閉環神經刺激系統為因中風、受傷、癲癇、帕金森病和其他疾病造成的各種精神或身體損傷的患者帶來了巨大的收益[208], [209]。通過實時感應和適應性神經刺激，通常是通過植入的刺激裝置，醫生可以對這些疾病的癥狀進行前所未有的控制。

閉環神經增強技術也開始在人類表現增強領域受到關注。在睡眠領域，研究人員已經開發了閉環睡眠優化系統，測量睡眠主軸和相位，并自適應地觸發tACS以增強內源性慢波振蕩[210], [211]。其想法是，通過增強慢波振蕩活動，用戶可以實現改善睡眠（發病潛伏期、質量、持續時間），并在恢復軌跡和記憶鞏固中獲得更多與睡眠有關的優勢[212]。這是美國陸軍沃爾特-里德陸軍研究所（WRAIR）睡眠研究中心正在尋求的一條令人興奮的閉環神經增強途徑，該中心正在努力驗證閉環tACS對夜間休息和戰術午睡期間實現的睡眠質量的影響；他們還在與一家設備制造商合作，制作便攜式閉環神經刺激設備原型，以增強軍事行動背景下的睡眠。

閉環神經增強技術也可能被證明對在其他軍事環境和任務中迅速提高任務績效很有價值，例如在長時間的警戒任務中抵消疲勞和嗜睡效應[213]，減輕睡眠剝奪對各種心理功能的影響，防止與壓力有關的對績效和記憶的影響，或動態地改變動機狀態以適應任務要求。當然，閉環神經增強依賴于成功解決幾個研究和開發的挑戰。首先，它需要對與成功的任務表現相關和有因果關系的大腦和精神狀態進行敏感和具體的感應和推斷[214], [215]。變化點估計是一個具有挑戰性的建模問題，特別是當考慮到在真實世界環境中可能會有非常低的信噪比的大腦動態時[216]。其次，閉環神經增強需要高保真地瞄準與調控相關任務結果有可靠聯系的大腦區域[217]。

考慮到與確定合適的參數有關的內在挑戰，這些參數是個性化的，并迎合了環境和任務，完成這一目標可能需要幾十年的持續研究。最后，鑒于有證據表明，即使是短暫的神經刺激也能對大腦和行為產生持久的影響[218]-[221]，而且重復的神經刺激有時會產生矛盾的效果[222]，因此需要更好地闡明反復和短暫觸發刺激的潛在影響。

8.0 結論

無創腦刺激（NIBS）具有幫助作戰人員加速訓練和知識獲取，以及維持、優化和提高任務績效的潛力。然而，對這一潛力的熱情被一些理論、倫理、機械和實踐方面的局限性所抑制，這些限制減緩了NIBS在軍事背景下的最終采用。這些并不是不可克服的挑戰，盡管它們確實減緩了科學進步，增加了研究結果的不確定性。我們提出了幾個繼續研究的方向，這有助于推動科學和應用的界限，增加科學和技術知識，并闡明NIBS在軍事環境中的近期和遠期應用。

先進作戰管理系統（ABMS）是美國空軍創建下一代指揮和控制（C2）系統的最新計劃項目。ABMS建議使用云環境和新的通信方法，使空軍和太空部隊系統能夠使用人工智能無縫共享數據，以實現更快的決策。空軍將ABMS描述為其創建物聯網的努力，這將使傳感器和C2系統相互分解（與空軍傳統上執行C2的方式相反）。該計劃是空軍對國防部全域聯合指揮與控制（JADC2）工作的貢獻，重點是使國防部的作戰決策過程現代化。

ABMS最初的設想是取代目前指揮空戰行動的E-3機載預警和控制系統（AWACS）（圖1），但后來有了更廣泛的范圍。前空軍負責采購的助理部長威爾-羅珀指示，該計劃應減少對指揮中心和飛機的關注，而是創造數字技術，如安全云環境，在多個武器系統之間共享數據。羅珀博士表示，2018年國防戰略所設想的有爭議的環境迫使空軍重組ABMS項目。2021年5月，空軍副參謀長大衛-奧爾文將軍在DefenseOne的一篇文章中說："ABMS究竟是什么？它是軟件嗎？硬件？基礎設施？策略？答案是都是"。換句話說，空軍將ABMS設想為一個采購項目，它既要采購東西，又要實施其他非開發性的工作，該部門認為這些工作同樣重要：指揮和控制空軍的新技術。

自ABMS成立以來，國會已經對下一代C2系統的發展表示了興趣。空軍表示，ABMS是一個非傳統的采購項目。因此，國會對空軍替換老舊系統的方法和試驗新興技術的方法提出了質疑。

ABMS的開發工作

迄今為止，空軍已經進行了五次活動，以展示其希望最終投入使用的新C2能力。2019年12月，空軍在其第一次ABMS "on-ramp"（空軍用來表示演示的術語）中，展示了從陸軍雷達和海軍驅逐艦向F-22和F-35戰斗機傳輸數據的能力。這次活動還展示了空軍的統一數據庫（UDL），這是一個結合天基和地基傳感器追蹤衛星的云環境。

2020年9月，ABMS進行了第二次"on-ramp"。這第二次上線演示了通過使用超高速武器作為防御手段，探測和擊敗一個飛向美國的模擬巡航導彈。此外，ABMS還展示了 "探測和擊敗破壞美國太空行動的手段"的能力。根據空軍的新聞稿，"70個工業團隊和65個政府團隊 "參加了這次活動。

空軍在2020年9月下旬舉行了第三次"on-ramp"，以支持珍珠港-希卡姆聯合基地的 "勇敢之盾 "演習。在這次活動中，空軍展示了使用KC-46加油機通過將數據從較老的第四代戰斗機轉發到較新的第五代飛機，如F-22，來執行戰術C2。2021年5月，空軍表示，為KC-46采購通信吊艙將是ABMS項目的第一個能力發布。空軍說："在戰斗中，無論如何，郵機將需要在作戰附近飛行，支持戰斗機，因此將它們作為指揮和控制系統，無論是作為主要的還是彈性的備份，都是有意義的。"

2021年2月在歐洲舉行了第四次"on-ramp"。根據新聞稿，空軍由于預算限制而減少了這次活動規模。這第四次將包括荷蘭、波蘭和英國在內的盟國聯系起來，進行聯合空中作戰。據美國駐歐洲空軍司令哈里根將軍說，這第四次活動測試了美國和盟國用F-15E飛機發射AGM-158聯合空對地對峙導彈（JASSM）執行遠程打擊任務的能力（見圖2），同時利用美國和盟國的F-35飛機執行空軍基地防御任務。

本預計2021年春季進行第五次"on-ramp"在太平洋地區，但由于預算限制，取消了這次活動。

GAO的報告建議

2019財年國防授權法案（NDAA）指示政府問責局（GAO）評估ABMS計劃。在2020年4月的一份報告中，GAO向空軍總設計師建議采取四項行動來提高項目績效。

1.制定一個計劃，在ABMS開發領域需要時獲得成熟技術。

2.制作一個定期更新的成本估算，反映ABMS的實際成本，每季度向國會匯報一次。

3.準備一份可購性分析，并定期更新。

4.正式確定并記錄參與ABMS的空軍辦公室的采購權力和決策責任。

空軍助理部長同意了所有的建議。前空軍參謀長David Goldfein將軍不同意這些建議，他指出GAO的分析沒有反映機密信息。美國政府問責局表示，它可以接觸到機密信息，這些額外的信息并不影響其分析和建議。

ABMS的管理結構

根據GAO關于ABMS的同一份報告，空軍最初確定由空軍總設計師（普雷斯頓-鄧拉普），來協調空軍每個項目執行辦公室的ABMS相關工作。GAO對這種管理結構可能導致ABMS缺乏決策權表示擔憂。然而，在2020年11月，羅珀博士選擇空軍快速能力辦公室作為ABMS項目執行辦公室。首席架構師辦公室繼續開發全軍的架構（即軟件和無線電如何能夠相互連接），以支持ABMS。

國會就AMBS采取的行動

國會已經對ABMS系統的發展表示了興趣。下面的清單總結了國會在前三個NDAA中的行動：

• 2019財政年度NDAA（P.L. 115-232）：

  • 第147節：限制E-8 JSTARS飛機退役的資金可用性

• 2020年國防部（P.L. 116-92）：

  • 第236節：與先進戰斗管理系統有關的文件

• FY2021 NDA (P.L. 116-283) ：

  • 第146節：移動目標指示器要求和先進戰斗管理系統能力的分析
  • 第221節：與先進戰斗管理系統有關的問責措施

2021財年國防撥款法案（P.L. 116-260 C分部）將ABMS的資金從要求的3.02億美元減少到1.585億美元，理由是 "不合理的增長和預先融資"。

在ABMS的整個發展過程中，國會對在確定合適的替代物之前退役舊的C2系統如JSTARS和AWACS表示關注。國會還指示空軍制定傳統的采購理由，如成本估算和需求文件，以確保國會和軍方都了解要采購的東西。這些行動反映了美國政府問責局的建議。

關于國會的潛在問題

• 使用ABMS方法分解指揮和控制的風險是什么？

• 空軍應如何平衡創新、實驗與采購成熟技術？

• ABMS提供了哪些傳統指揮與控制系統無法提供的機會？

• 利用6.8軟件和數字技術試點計劃預算活動代碼中的新預算授權靈活性，ABMS是否會受益？

為了實現JADC2的目標，美國空軍必須在戰斗空間的邊緣向作戰人員提供信息。空軍必須迅速發展，超越今天的大型集中式空天聯合作戰中心，數百人圍繞著獨立的任務區，形成一個更加靈活和分分布式流程和指揮控制架構。這個新架構必須適應空戰管理系統和JADC2的發展。但鑒于這些項目的緩慢發展，空軍不能等待改變空天部隊的指揮和控制架構。

2021年中期，參謀長聯席會議（CJCS）主席Mark A. Milley將軍在國會作證時談到了美軍新的聯合作戰概念（joint warfighting concept，JWC）以及相關的聯合全域指揮與控制（JADC2）框架實現的重要性。Mark A. Milley將軍說道：JWC是一項長期的工作，旨在為針對未來威脅的聯合作戰（joint operations）制定一個全面的方法，并為未來的部隊設計和發展提供指導。JWC輔助概念描述了關鍵的作戰功能，火力、后勤、C2和信息優勢。聯合全域指揮與控制（JADC2）框架使得JWC和輔助概念的整體發展和實現成為可能。

聯合作戰概念的根本基礎是全域作戰概念。這一概念是美軍在優化協同效應的過程中的下一步發展，這種協同效應是通過在空中、太空、海上、陸地和電磁波譜等領域的綜合作戰而產生的。這一歷程始于1986年通過的Goldwater-Nichols國防部重組法案，該法案旨在提高武裝部隊進行聯合（軍種間）和合成（聯盟間）作戰的能力。

如果開發和實施得當，聯合作戰概念（JWC）將產生一套遠比今天的聯合作戰（joint operations）更具決定性、更強大的戰斗結果，在許多情況下，聯合作戰只是涉及服務部門的沖突而非整合。為了實現聯合作戰概念，國防部需要認真對待將理論變為現實。這意味著要采取漸進但具體的步驟來實現JADC2的目標，而不是等待一個完整的解決方案來實施這一概念。

聯合全域指揮與控制（JADC2）將需要很多時間來設計，因為它涉及到對現有概念、能力和服務觀點的巨大轉換。但是，這些努力可以通過當前指揮和控制（C2）范式的快速演變而加速進行。具體來說，現在是時候超越大型的、集中的、靜態的指揮和控制設施，轉向移動的、分布式的指揮和控制，有能力處理與區域性聯合空天作戰中心相同的信息量和多樣性。

由于它通過接受不同領域能力的互補性而非僅僅是相加來尋求全領域的協同作用，JADC2的目標是實現相互依賴，以提高有效性并彌補每個領域的單獨脆弱性。預期的軍事效果將越來越多地由共享信息和相互授權的系統互動來產生。

JADC2的愿景是通過數字連接將資產結合起來，成為一個能夠在整個作戰區域進行分解、分布式作戰的武器系統，而不是在每個領域都有一套互不相干的、單一的作戰系統。這一努力將需要把每一個平臺作為傳感器和效應器來對待。它將需要一個新的戰斗指揮架構和C2范式，能夠自動連接，就像今天的手機技術一樣。這個架構還需要安全、可靠和無縫地傳輸數據，而不需要人的互動。

1 期望的轉變

實現JADC2的總體目標，使其具有自我形成、自我修復的綜合體所需的整合程度，這將是困難的，需要付出巨大的努力。每個軍種和作戰司令部都將參與其中。組織、文化、培訓、采購和政策方面的幾個主要障礙將需要被克服。這一努力將需要連接、決策和快速反應。它將需要有彈性的網絡，以及各軍種、盟國和合作伙伴之間尚未達到的共享程度。

即使是現在，各軍種、作戰司令部以及我們的盟友和合作伙伴也正在解決這些眾多的和多方面的挑戰。但由于其復雜性，要想實現一體化、相互依存、自我形成、自我修復的全域聯合和合成作戰的最終愿景，還需要很多年，甚至幾十年。然而，我們所面臨的日益增長的威脅需要今天的解決方案。因此，現在是時候解決JADC2中那些現在可以改變以應對這些挑戰的要素了。

每個軍種和作戰司令部都有完善的作戰指揮和控制概念、設施和程序，在過去的沖突中證明是可行的。然而，目前存在的各種指揮和控制架構都需要進行廣泛的修改，以便在新出現的威脅下生存，更不用說作戰。

在所有領域的成功作戰的一個先決條件是對空天環境的控制。一旦建立起來，這種控制有利于所有其他聯合和合成部隊的作戰和移動自由--沒有它，有效的聯合和合成作戰是不可能的。因此，確保有效指揮和控制空天作戰的關鍵功能必須是一個優先事項。

指揮和控制空天部隊的能力受到三個主要因素的影響：威脅、技術和信息的速度。自從美國空軍的空天作戰中心--AN/USQ-163 Falconer--的設計、建立和運行以來，這三個領域的變化是巨大的，并繼續加速。

因此，現在是提出問題的時候了，空軍能否通過發展我們目前的作戰概念、組織和采購流程來實現現代化的成功，或者該部門必須尋求對這些影響目前戰區空天控制系統的每個要素進行根本性的改變？在提供答案之前，讓我們簡單看看影響我們有效指揮和控制空天作戰動能力的每個趨勢。

2 未來的威脅與作戰環境

2.1 威脅

今天，當美國軍隊試圖在反介入/區域封鎖（A2/AD）環境中作戰時，同行的威脅對目前的指揮和控制手段構成了不可接受的風險。30多年來，美國空軍指揮和控制基本上一直處于停滯，在空天領域不受競爭的影響。然而這些日子已經過去了。

軍事競爭對手已經以前所未有的規模完成了現代化。他們已經迅速縮小了與美國、盟國和友好國家軍隊在包括飛機、航天器、導彈、武器、網絡、指揮和控制、干擾器、電子戰、數據鏈接等廣泛能力方面的差距。

潛在的對手也研究了美國的戰爭方式，并確定與其面對我們的戰斗力，不如讓我們遠離他們。他們已經采用并正在擴散A2/AD能力，旨在拒絕美國及其盟國和合作伙伴的行動自由。減輕這些能力帶來了巨大的挑戰，促使我們在更大的風險和遠離潛在沖突地區的情況下行動。反介入/區域封鎖能力以多種方式威脅著該部門指揮和控制空天作戰的能力。近鄰的對手可以使用動能和非動能武器來拒絕我們的通信和來自天基資產的情報、監視和偵察，從而孤立我們的部隊并蒙蔽我們的視野。

網絡攻擊正變得越來越復雜，并能破壞完善的空天聯合作戰中心的運作。精確的遠程巡航導彈和彈道導彈現在威脅著這些大型、固定和脆弱的設施。作為產生戰略、計劃和空天資產任務指令的工廠，空天聯合作戰中心已經成為一個極其有利可圖的目標。

2.2 技術

新技術正在促成新的能力，優化指揮和控制機制以達到預期效果。服務部門需要超越傳統文化對新技術的限制。例如，下一代飛機可能仍然被貼上傳統術語的標簽，如戰斗機、轟炸機和空運機，但由于傳感器、處理能力、武器、能源生產和其他能力的小型化，在技術上它們有能力執行多種任務。它們是飛行的 "傳感器效應器"，可以形成高度彈性的冗余節點網絡和多殺傷路徑的基礎，以最大限度地減少目前高度集中和有限的指揮和控制節點的關鍵系統價值，如聯合空天作戰中心，敵人可以很容易地瞄準。

這將需要領先的網絡能力、有保障的通信，以及解決我們的數據帶寬挑戰的不同方法。例如，為了解決來自先進傳感器的爆炸性數據增長，與其建造更大的管道來傳輸收集的數據，不如現在提高處理能力，使得機載數據的處理成為可能，并且只對用戶感興趣的內容進行分發。這種方法顛覆了我們今天處理情報、監視和偵察的方式。

快速的信息交流在戰斗的前沿尤其重要，因為實際數據的價值往往是短暫的，并隨著時間和環境的推移而減少。開發一種技術方法，在不同的用戶之間、在多個分類和盟國及伙伴國之間自動和快速地分享信息，將是創建未來部隊的一個關鍵。

古老的格言，"速度就是生命"，不再僅僅是指飛行--它也是指快速發展的軟件工具，用于戰斗和勝利。我們必須跳出歷史上刻在我們集體心靈中的組織結構的思維。以網絡為中心的、相互依賴的、功能整合的作戰是未來軍事成功的關鍵。

2.3 信息傳遞速度

電信、傳感器、數據存儲和處理能力方面的重大進步每天都在出現。因此，瞄準周期已經從幾周到幾天發展到幾分鐘，從多架、專門和獨立的飛機發展到一架飛機在幾分鐘內 "發現、修復和完成 "的能力。越來越多的信息獲取需要對指揮和控制層次進行重組，以促進對易逝目標的快速介入，并利用我們的技術能力。信息綜合和執行權力必須轉移到盡可能低的級別，而高級指揮官和參謀人員必須約束自己，以保持適當的戰爭水平。

要超越大型的、集中的、靜態的指揮和控制設施，轉向移動的、分布式的C2，并有能力處理與今天的區域性聯合空天作戰中心相同的信息量和多樣性，將需要重新評估該部門如何處理信息流。這種未來能力的兩個最重要的方面將是通過它所提供的同步 "控制 "實現 "指揮 "的蛻變。

"指揮的藝術"將實現梅特卡夫定律的網絡價值（梅特卡夫定律指出，電信網絡的價值與系統連接用戶數量的平方成正比），而控制的科學將繼續應用摩爾定律的擴展技術來擴展人類能力。

3 空天C2的新架構

我們現在正處在一個威脅、技術和信息速度要求改變指揮和控制空天部隊的既定架構的關口。所有軍種都已認識到這一點，并已開始行動，為各自的領域制定新的作戰概念。面臨的挑戰是如何確保每個軍種的作戰概念都被整合到一個統一的聯合全域指揮和控制架構中。

該作戰云的開發理念是建立一個情報、監視和偵察、打擊、機動和維持綜合體，利用信息時代的技術進行高度互聯的分布式作戰，它將迎來一個完全不同的戰爭架構。JADC2的根本基礎是將準確的、高質量的信息下放到最低的信息節點，以達到預期的效果，而不考慮服務、領域或平臺。

美國空軍實現這一目標的方法是努力設計和開發一個先進的戰斗管理系統（ABMS）。ABMS的要素已經被定義，但它們還沒有發展成一個可執行的指揮和控制架構。要達到JADC2和ABMS所期望的最終狀態，即以安全、可靠和強大的方式在整個戰斗空間進行無處不在的無縫信息共享，將需要多年時間。鑒于重大威脅的快速演變和當前C2設施的脆弱性，軍方必須現在就修改當前的空天部隊的指揮和控制結構。

需要一個新的架構來支持一個作戰概念，以實現最近被納入美國空軍理論的集中式指揮、分布式控制和分布式執行的C2范式。建立一個新的作戰指揮架構不需要技術上的突破，因為已經存在的技術可以應對分布式指揮和控制功能的直接挑戰，使其不能通過對幾個關鍵的C2節點的打擊而被消除。

美國空軍一直在開發一個支持其新理論的作戰概念，即敏捷作戰部署（ACE）。敏捷作戰行動是一個概念，它在短時間內將部隊和資產分散到多個分離的地點，以使對手的計劃變得復雜。有了適當的C2系統，ACE可以從許多可防御、可持續和可轉移的地點將對手的目標置于危險之中。應用這一概念的細節取決于使用的戰場，但從根本上說，想法是一樣的，指揮和控制是這一概念成功的根本。

空天聯合作戰中心將仍然是在不太嚴重的地區沖突期間進行C2操作的可行手段。然而，為了實現JADC2的目標，該部門將必須向戰斗空間邊緣的作戰人員提供信息，而不依賴于傳統的聯合空天作戰中心模式，即數百人圍繞著獨立的任務區組織起來的小部門。

因此，該部門必須迅速超越我們今天所依賴的大型集中式聯合空天作戰中心結構，發展為一套更加靈活和分布式的流程和指揮與控制結構。同時，這個新架構必須能夠適應空戰管理系統和JADC2的發展。但鑒于這些項目的緩慢發展，我們不能等待開始改變空天部隊的C2架構。

這個新架構有許多選擇：建立加固的空天聯合作戰中心，并將功能遠程分配給指定的單位；將目前納入空天聯合作戰中心的規劃功能分配到多個地點，并在它們之間共享所產生的規劃；通過轉移與連接水平相對應的執行權力，建立基于作戰單位和其各自指揮要素之間連接程度退化的執行過程和程序。

無論選擇什么樣的發展方式，有一點是肯定的，美國空軍必須做出堅定的努力來分配必要的指揮和控制功能，以確保在有爭議的環境中有效使用空天部隊，而且這種努力必須現在就開始。

作者：Deptula中將是美國空軍學院米切爾空天研究中心的院長和高級軍事學者。

【前 言】

什么是 JADC2？

聯合全域指揮與控制 (JADC2) 是美國國防部 (DOD) 的概念，旨在將來自所有軍事部門（空軍、陸軍、海軍陸戰隊、海軍和太空部隊）的傳感器連接到一個網絡中。傳統上，每個軍種都開發自己的戰術網絡，這與其他軍種不兼容（例如，陸軍網絡無法與海軍或空軍網絡連接）。通過 JADC2，國防部設想創建一個“物聯網”網絡，將眾多傳感器與武器系統連接起來，使用人工智能算法幫助改進決策。

美國國防部 (DOD)聯合全域指揮與控制 (JADC2) 戰略描述了迫切需要集中力量推動部門行動，以增強其的聯合部隊指揮官在所有作戰領域和整個電磁頻譜范圍內指揮聯合部隊所需的能力，以威懾、并在必要時在全球任何時間、任何地點擊敗任何對手。

JADC2 戰略為識別、組織和提供改進的聯合部隊指揮和控制 (C2) 能力提供了愿景和方法，并說明了對手已經關閉了其賴以取得作戰成功的許多能力和方法優勢。作為一種方法，JADC2 支持使用創新技術開發物資和非物資解決方案選項，同時愿意修改現有政策、權力、組織結構和作戰程序，從而為聯合部隊指揮官提供信息和決策優勢。

【總 結】 全球安全環境的迅速變化正在對美國軍隊以及聯合部隊獲取、維持和保護信息和決策優勢的能力提出重大的新挑戰。此外，必須預見未來的軍事行動將在退化和競爭的電磁頻譜環境中進行。這些挑戰需要部門一致和集中的努力，以現代化如何開發、實施和管理 C2 能力，以在所有作戰領域、跨梯隊以及與任務伙伴合作。

JADC2 為塑造未來聯合部隊 C2 能力提供了一種連貫的方法，旨在產生作戰能力，以便在所有領域和合作伙伴的所有戰爭級別和階段感知、理解和行動，在相關的速度。作為一種方法，JADC2 超越了任何單一的能力、平臺或系統。它提供了一個機會，可以加速實施所需的技術進步和聯合部隊進行 C2 的方式的理論變革。 JADC2 將使聯合部隊能夠使用越來越多的數據，采用自動化和人工智能，依靠安全和有彈性的基礎設施，并在對手的決策周期內采取行動。

這一戰略的成功實施需要整個國防部 (DoD) 的集中承諾。為此，JADC2 戰略闡明了“感知”、“理解”和“行動”三個指導 C2 功能，以及額外的五個持久工作 (LOE) 來組織和指導行動以提供物資和非物資JADC2 能力。 LOE 是： (1) 建立 JADC2 數據企業；（2）建立JADC2人類企業； （3）建立JADC2技術企業； (4) 將核 C2 和通信 (NC2/NC3) 與 JADC2 集成； (5) 使任務伙伴信息共享現代化。

該戰略得到 JADC2 戰略實施計劃的支持，該計劃確定了 JADC2 的最終狀態、關鍵目標和任務，并與已建立的部門當局、論壇和流程合作，以同步和簡化工作，以優先考慮、資源、開發、交付和維持JADC2 能力。現有的軍種和機構開發和采購流程通常會產生無法滿足全域 C2 作戰需求的特定域能力。 JADC2 方法將覆蓋這些現有流程，旨在促進從根本上改進的跨域聯合能力的發展。

該戰略提供了六項指導原則，以促進整個部門在提供物資和非物資 JADC2 改進方面的努力的一致性。這些原則是： (1) 在企業層面設計和擴展信息共享能力改進； (2) 聯合部隊 C2 改進采用分層安全功能； (3) JADC2 數據結構由高效、可演進和廣泛適用的通用數據標準和架構組成； (4) 聯合部隊 C2 必須在退化和競爭性電磁環境中具有彈性； (5) 部門開發和實施過程必須統一，以提供更有效的跨領域能力選擇； (6) 部門開發和實施過程必須以更快的速度執行。

JADC2 戰略的結論是，迫切需要使用企業范圍內的整體方法來實施物資和非物資 C2 能力，以確保聯合部隊指揮官在整個競爭過程中獲得和保持對抗全球對手的信息和決策優勢的能力。