一个女孩正在接受生物反馈治疗。
融合脑机接口技术和人工智能算法控制的新型仿生手，是去年第二届全球数字贸易博览会上拍摄的。新华社
让失去语言能力的人“说话”，让截瘫患者实现“脑控饮水”，甚至让懒人躺在床上用心开灯关窗帘...这些电影中脑机接口的生动场景正在逐渐从科幻走向现实。
脑机接口是什么？它将如何改变我们的生活，甚至达到人生进化的新高度？近日，记者采访了专家、学者和业内人士，深入探讨了脑机接口的本质、科学原理，展望了这项技术可能带来的深远影响。
脑机接口是什么？
大脑接口，是人类或动物大脑与外部设备之间的直接连接，实现大脑与设备之间的信息交换。
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:“可以理解为建造一座桥梁，让大脑和设备之间可以直接进行“对话”。就像从计算机的USB接口插入数据线读取硬盘数据一样。如果我们想长期稳定地读取大脑的数据，我们必须有一个接口，这就是所谓的脑机接口。
脑机接口的概念最早可以追溯到1924年。德国科学家汉斯·贝格尔在实验中首次发现了人脑极小的电流，并发现了一个有趣的规律:当人处于闭眼养神的状态时，后脑勺检测到的脑电波会出现周期性的起伏，只要睁开眼睛，起伏就会立刻加快。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上。当神经元被触发时，仪表盘上的指针会旋转，完成人类历史上第一个真正的脑机接口实验。一九七三年，美国加州大学雅克·维达尔发表的一篇文章首次提出“脑机接口”（BCI）概念。1998年，埃默里大学的研究人员菲利普·肯尼迪首次将脑机接口设备植入人体。通过大脑手术，人脑和大型主机可以通过电线连接。
埃隆·马斯克成立的Neuralink公司于2019年在脑机接口技术方面提出了全新的植入理念，提出将1024个微小的电极植入大脑的一个区域，倾听脑细胞的电波并传输出去。近几年来，脑机接口进入了技术飞速发展时期，越来越受到国家的重视。
根据电极放置方式，脑机接口可分为入侵式和非入侵式，入侵式也可分为微创入侵式和非微创入侵式。“刘志远说，侵入式脑机接口通过手术将电极植入大脑。虽然给患者带来了很大的伤害和后期管理风险，但获取的神经信息更加准确。相反，非侵入性设备通常用于可穿戴设备，电极附着在头皮上，不需要手术。但是颅骨后大脑神经元信息会进一步衰减，获得的大脑信息很容易受到外界的干扰。微创入侵是指颅骨开口很小，甚至只有一个小孔，或者通过脑血管，通过微创手术放置传感器。这三种方法各有利弊，催生了不同的应用场景。
脑机接口有什么用？
事实上，人们很早就开始尝试人机接口的相关应用，例如人工耳蜗。其原理是将声音信号转换成电信号，然后间接传输到大脑，可以帮助大量聋人恢复声音和交流能力。
伴随着脑科学、人工智能和材料学的发展，脑机接口技术已不断地从实验室向临床应用迈进，尤其是在医疗领域。
54岁的杨先生因车祸造成的颈椎脊髓完全损伤，此前长期瘫痪。然而，在去年10月完成无线微创脑机接口植入手术后，经过家庭康复训练，他已经可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主饮用水等脑控功能，这是中国脑机接口技术在中国人体中的重要应用之一。
据了解，研究小组通过神经外科医生的操作，将两枚硬币大小的脑机接口处理器植入高位截瘫患者的颅骨，并成功收集感觉运动脑区的颅内神经信号。在家里使用时，体外机通过头皮给体内机供电，接收大脑中的神经信号，并将其传输到计算机或手机上。通过记录和解读这些信号，可以实现大脑和计算机之间的直接通信。
经过三个月的家庭康复训练，杨先生可以通过脑电活动带动气动手套，实现自主拿起水杯喝水等脑控功能，准确率超过90%。
刘志远说，脑机接口技术可以直接将大脑皮层的信号活动转化为计算机指令，控制外部设备，恢复部分运动能力，而不依赖外周神经系统和肌肉组织。
随着脑机接口技术的不断突破，一些运动功能障碍或四肢瘫痪的患者有了很大的希望。使用脑机接口技术帮助他们重新与外界沟通，从而提高生活质量的梦想就在眼前。
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，在脑机接口领域的全球临床试验动态中，干预性研究的数量明显多于观察性研究，占80%以上。干预性研究主要集中在中风和肌肉萎缩侧索硬化。（ALS）、神经系统疾病，如脊髓损伤。
脑机接口技术也广泛应用于其它领域。例如，在教育领域，脑机接口不仅可以提高认知能力，还可以通过捕捉学生的脑电波，实时了解学生的课堂专注力，调整教学内容和节奏；在工业生产领域，可以帮助安全监控保证操作人员的安全；在消费领域，可以客观评价用户体验，优化产品设计；在航空航天领域，可以辅助训练和客观反馈训练者的感受；在游戏领域，让玩家用思想控制游戏角色的动作，获得更好的游戏体验。
此外，在军事领域也有巨大的应用空间。脑机接口技术可以帮助军事人员控制各种设备，实现战场无人化，提高作战效率和反应速度，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模型和先进信号处理算法的不断进步和发展，为新型电极和接口的设计开辟了新的可能性，推动了脑机接口技术的不断进步。
刘志远认为，尤其是大型AI模型的出现，将极大地促进脑机接口技术的发展。他进一步解释说，虽然大脑的具体工作机制还不清楚，但只要有足够大的输入输出数据(比如输入观看不同的图片，输出对应的脑电等信息)，在AI大模型的帮助下，有望找出对应于特定个体的两者之间的关系，具体来说，记录所有看到10万张图片的大脑反应信息，然后将相应的输入输出放入神经网络进行训练。之后可以通过脑电信息反向推测个人所看到的是什么样的图片。
刘志远还认为，未来脑机接口读取的信息不仅限于脑电，还包括脑血流、血氧、化学分子等。此外，脑机接口已经从单纯的大脑运动皮层研究扩散到其他皮层，如语言、图片和听觉。
这些技术的应用可能不是最终形式，只有通过思维操纵机器，改善大脑运行，依靠大脑电信号进行交流。有专家认为，脑机接口的最终目的是向大脑传递大量信息，或者向计算机系统上传大脑意识，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开始，未来还有很长的路要走。
目前，脑机接口技术取得了长足的进步，前景广阔，但也面临着许多挑战。例如，植入式脑机接口仍然存在操作风险；脑机接口的广泛应用会带来信息安全、个人隐私保护、思想控制等问题；如果我们发现人脑中有危害社会和犯罪的想法，我们应该如何应对电影《少数派报告》中的情况？这些都是值得思考的问题。
（《深圳特区报》记者 闻坤）
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