脑控喝水、意念开灯！脑机通话实现读心术

一女孩正在接受生物反馈治疗。

让失去语言能力的人“说话”，让截瘫患者实现“脑控喝水”，甚至让犯懒的你躺在床上用意念开灯、关窗帘……这些电影中表现的脑机接口的生动场景，正逐渐从科幻走进现实。

越来越受关注的脑机接口到底是什么？它将如何改变我们的生活，甚至达到生命进化的新高度？记者近日采访专家学者和业内人士，深入探讨脑机接口的本质、科学原理并展望这一技术可能带来的深远影响。

去年第二届全球数字贸易博览会上拍摄的融合脑机接口技术与人工智能算法控制的新型仿生手。新华社发

什么是脑机接口

脑机接口，是在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。

“可以理解为搭建一座桥梁，让大脑与设备之间能够直接‘对话’。”中国科学院深圳先进技术研究院研究员、生物界面柔性传感实验室负责人刘志远解释说，就好比从电脑的USB接口插数据线读取硬盘数据，我们想把大脑的数据长期稳定地读出来，就得有个接口，这就是所谓的脑机接口。

脑机接口的概念最早可追溯到1924年，德国科学家汉斯·贝格尔在实验中首次发现人脑极微小的电流，并发现一个有意思的规律：当人处于闭目养神的状态时，后脑勺测到的脑电波会呈现周期性的起伏，只要一睁开眼睛，这个起伏就立即变快了。这些基础科学发现催生了脑机接口技术。

1969年，美国科学家埃伯哈德·费兹将猴子大脑中的一个神经元连接到仪表盘，当神经元被触发的时候，仪表盘的指针会转动，完成了人类历史上第一个真正的脑机接口实验。1973年，美国加州大学雅克·维达尔发表的一篇文章中首次提出“脑机接口”（BCI）概念。1998年，埃默里大学研究人员菲利普·肯尼迪首次将脑机接口装备植入人体内，通过对脑部进行手术，可以用电线将人脑和大型主机相连。

2019年，埃隆·马斯克创立的Neuralink公司在脑机接口技术上提出全新的植入理念，提出在大脑的一块区域内植入1024根微小的电极，倾听脑细胞的电波，并传输出去。近年来，脑机接口更是进入技术飞速发展期，越来越受到各国的高度重视。

“脑机接口根据电极放置方式，可分为侵入式和非侵入式，侵入式还分为微创侵入与非微创式。”刘志远说，侵入式脑机接口通过手术方式将电极植入大脑，虽然存在给患者带来较大伤害和后期管理风险，但所探取的神经信息也更精准。非侵入式则相反，一般做成可穿戴式设备，电极附在头皮上，不需要手术，但大脑神经元信息经过颅骨会进一步衰减，获取的大脑信息容易受到外界干扰。微创侵入式则是颅骨开口很小甚至只有一个小孔，亦或经由脑血管，通过微创手术实现传感器放置。这三种方式各有利弊，催生不同的应用场景。

脑机接口有何用处

实际上人们很早就开始尝试人机接口的相关应用，比如人工耳蜗，其原理是将声音信号转化成电信号再间接传输给大脑，它已经可以帮助大量失聪者重新找回声音和交流的能力。

随着脑科学、人工智能和材料学的发展，脑机接口技术已经从实验室不断向临床应用迈进，特别是医疗领域的突破越来越多。

54岁的杨先生因为车祸引起的颈椎处脊髓完全性损伤，此前长期处于四肢瘫痪状态。但在去年10月完成无线微创脑机接口植入手术之后，经过居家康复训练，他已经可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，这是我国脑机接口技术在我国人体上的重要应用之一。

据了解，研究团队将两枚硬币大小的脑机接口处理器通过神经外科医生的操作植入高位截瘫患者颅骨中，并成功采集感觉运动脑区颅内神经信号。居家使用时，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，通过记录和解读这些信号，实现大脑和计算机之间直接通信。

经过3个月的居家康复训练，杨先生目前可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主拿起水杯喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。

刘志远说，脑机接口技术，可以在不依赖外周神经系统和肌肉组织的情况下，把大脑皮层的信号活动直接转变为计算机指令，控制外界设备，恢复部分运动能力。

脑机接口技术的不断突破，给一些运动功能障碍或四肢瘫痪患者带来了巨大的希望，利用脑机接口技术帮助他们与外部重新交流，进而改善生活质量的梦想已经近在咫尺。

医疗领域是脑机接口技术的重要应用和产业化方向。数据显示，脑机接口领域的全球临床试验动态中，干预性研究的数量显著多于观察性研究，占据80%以上。其中干预性研究主要集中在中风、肌萎缩侧索硬化症（ALS）、脊髓损伤等神经系统疾病上。

在其他领域，脑机接口技术也广泛应用。比如，在教育领域，脑机接口除了能提升认知能力，老师还可以通过捕捉学生脑电波，对学生上课专注力做到实时了解，调整教学内容和节奏；在工业生产领域，能协助安全监测保障作业人员安全；在消费领域，能客观评估用户体验和优化产品设计；在航天航空领域，能辅助训练和客观反馈训练者感受等；在游戏领域，让玩家用意念控制游戏角色的动作，获得更好的游戏体验。

此外，在军事领域的应用空间也非常巨大。脑机接口技术可以帮助军事人员操控各种装备，实现战场无人化，提高作战效率和反应速度的同时减少人员伤亡。

脑机接口前景广阔

近年来，随着纳米技术、柔性电子学、AI大模型和先进的信号处理算法的不断进步和发展，为设计新型电极和接口开辟了新的可能，推动了脑机接口技术持续往前。

刘志远认为，特别是AI大模型的出现，将能极大推动脑机接口技术的发展。他进一步解释，虽然大脑的具体工作机制至今还不清楚，但是只要有足够规模的输入与输出数据（如输入为观看不同图片，输出为所对应的脑电等信息），在AI大模型的帮助下，有望找出针对特定个体的两者的对应关系，具体为：把看到10万张画面的所有大脑反应信息记录下来，然后将相应的输入与输出放到神经网络里训练，之后就可以通过脑电信息反向推测出个体看到的是什么画面了。

刘志远还认为，未来，脑机接口读取的信息不限于脑电，还有脑部血流、血氧、化学分子等。此外，脑机接口也已经从单纯针对大脑运动皮层的研究，扩散到语言、图片、听觉等其他皮层。

通过心念操纵机器、改善大脑运行、仅靠大脑电信号来沟通，这些技术的应用也许并非最终形态。有专家认为，脑机接口的终极目的，是把大量信息传输到大脑里，或者把大脑的意识上传到计算机系统，最终实现人类意识和记忆的永生。当然，我们现在只是从0到1的起步，未来还有很远的路要走。

目前，脑机接口技术已经取得很大进展，有着广阔的前景，但也面临着很多挑战。比如，植入式脑机接口还存在手术风险；脑机接口的广泛应用会带来信息安全、个人隐私保护和避免思想被控制等问题；如果探测到人的大脑里有危害社会和犯罪的想法，像电影《少数派报告》里的情景一样，我们又该如何应对？这些都是值得思考的问题。

编辑 李璐 审读 匡彧 二审 王雯 三审 甘霖