在科幻電影中，經常有這樣的場景——殘疾人可以用機械臂自如地彈唱，失語者可以重新“開口說話”，失聰者能再次聽到聲音，人類依靠“意念”指揮著龐大的機械……其實，這些神奇的場景並不僅(jin) 僅(jin) 是科幻想象，現實中，不斷發展的“腦機接口技術”正是要在將來讓這些變成現實。

　　人腦思維的擴展

　　腦機接口，顧名思義(yi) ，就是大腦和計算機之間的接口，指大腦與(yu) 計算機的直接連接。一方麵大腦要發出指令實現對外部設備的控製；另一方麵外部設備也要不斷地給大腦發送各種各樣的反饋信息，讓大腦及時調整控製策略，維持整個(ge) 係統的穩定性。一個(ge) 典型的腦機接口係統包括三個(ge) 部分：信號采集、信號分析和設備控製。腦機接口係統可以根據腦信號采集的方式，分為(wei) 侵入式和非侵入式腦機接口；也可以根據腦機接口範式/感覺刺激/采用的信號進行分類，可分為(wei) 單一範式/單一感覺刺激/單一腦信號的腦機接口和混合腦機接口。

　　腦機接口的發展源於(yu) 人類擴展大腦智能的渴望。在可預見的將來，人類智能將與(yu) 機器智能協同工作。機器的存儲(chu) 和運算能力，配合人腦的思維與(yu) 創新能力，將以腦機協同的形式開創一個(ge) 新的未來。

　　1924年，德國醫生漢斯·貝格爾首次發現並無創記錄腦電信號，開啟了人們(men) 對大腦與(yu) 腦機接口的探索。時至今日，近百年的時間裏，腦機接口取得了飛速的發展，已被應用於(yu) 醫療健康、狀態檢測、智能生活、國防安全等眾(zhong) 多場景，被美國、歐盟、日本、韓國等眾(zhong) 多發達經濟體(ti) 視作戰略級科技。據麥肯錫谘詢公司預測，未來10到20年，全球腦機接口產(chan) 業(ye) 將產(chan) 生最多2000億(yi) 美元的經濟價(jia) 值。

　　美國早在1989年就率先提出全國性的腦科學計劃，並把20世紀最後10年命名為(wei) “腦的10年”，他們(men) 還在2013年提出被認為(wei) 可與(yu) 人類基因組計劃相媲美的“腦計劃”，旨在探索人類大腦工作機製、繪製腦活動全圖、推動神經科學研究、針對目前無法治愈的大腦疾病開發新療法。

　　1991年，歐洲出台“歐洲腦10年”計劃。2013年1月，歐盟委員會(hui) 宣布人腦工程入選“未來新興(xing) 旗艦技術項目”，並設立專(zhuan) 項研發計劃“人類大腦計劃”，可在10年內(nei) (2013年至2023年)獲得10億(yi) 歐元經費。日本腦/思維計劃(通過用於(yu) 疾病研究的集成神經技術繪製腦圖)，於(yu) 2014年6月啟動，計劃開發腦圖繪製技術，並繪製人類腦圖譜。該項目在10年內(nei) 受到共400億(yi) 日元的資助。

　　我國也高度重視腦機接口技術發展，已將“腦科學和類腦研究”列入國家重大科技創新和工程項目。中國科學院也於(yu) 2022年初成立腦科學和智能技術卓越創新中心。2023年2月，中國腦機接口產(chan) 業(ye) 聯盟成立，將積極發揮政產(chan) 學研用橋梁紐帶作用，為(wei) 我國腦機接口、腦機交互、腦機智能領域規劃布局提供支撐建議，加強跨領域與(yu) 行業(ye) 交流，推動技術創新與(yu) 應用探索，開展標準和測試研究，培育和構建產(chan) 業(ye) 生態，以便更好地支撐我國經濟、科技和社會(hui) 發展。

　　腦機接口走向生活

　　早在20多年前，清華大學就對於(yu) 無創腦機接口進行了研究。當時，航天員上天之前，都需要進行耐力方麵的特殊訓練，目的是使受訓者在接受轉動、旋轉、失重和超重等刺激時，不會(hui) 發生眩暈和錯覺症狀。在太空環境適應訓練中，航天員訓練最多的是離心機，因為(wei) 離心機高強度的刺激環境，在訓練中人常常會(hui) 來不及喊停便陷入眩暈。來自清華大學的團隊負責在離心機實驗環境中檢測受訓人的大腦意識狀態，通過腦機接口係統分辨出受訓人是否清醒。這種基於(yu) 腦電狀態來評價(jia) 人的精神狀態，並基於(yu) 用戶需求給予特定反饋的技術，形成了多類應用——開發更為(wei) 輕便的可穿戴設備，應用在冥想、放鬆、睡眠等健康場景以及專(zhuan) 注力、智能玩具、藝術裝置等教育或消費類場景中。

　　2006年，美國布朗大學研究團隊完成首個(ge) 大腦運動皮層腦機接口設備植入手術，四肢癱瘓的病人能夠通過運動意圖來完成機械臂控製、電腦光標控製等任務。2012年，腦機接口設備已能夠勝任更複雜和廣泛的操作，國外有團隊為(wei) 一位癱瘓女士植入了96個(ge) 電極的腦機接口設備，讓這位女士用大腦操控機械臂實現自己喝水、吃飯、打字、與(yu) 人交流等。2014年巴西足球世界杯開幕式，高位截癱青年朱利亞(ya) 諾·皮諾特在腦機接口與(yu) 人工外骨骼技術的幫助下開出一球。近十幾年來，腦機接口不斷接近了人們(men) 過去在科幻作品中看到的未來形象。

　　國內(nei) 的腦機接口應用醫療健康研究也如雨後春筍般興(xing) 起。值得關(guan) 注的是，2018年，清華大學腦機接口團隊為(wei) 一位漸凍症患者設計了一套中文輸入的視覺腦機接口係統，幫助這位漸凍症患者完成腦控打字的任務。迄今為(wei) 止，這套全國產(chan) 化高舒適度高速人機交互新模式係統，仍牢牢保持高速率腦機接口技術世界第一的紀錄。

　　這套係統基於(yu) 穩態視覺誘發電位技術開發，其原理是通過一定頻率閃爍的目標對實驗者的眼睛進行刺激，再根據大腦視皮層響應的特定腦電信號來判斷實驗者看到的是哪個(ge) 閃爍頻率的信號，進而通過腦電算法解碼成相應的操作指令。在腦機接口的研究範式中，穩態視覺誘發電位技術具有短交互、高準確度、安全性高、應用麵廣等優(you) 勢。如今，這一技術已經在車載、醫療、智能裝備、元宇宙等與(yu) 國民經濟息息相關(guan) 的重要行業(ye) 走向應用。

　　殘障人士的醫療輔助與(yu) 康複也是腦機接口的重要應用方向，在智能仿生手領域，國內(nei) 專(zhuan) 家已開發出腦機接口手功能康複訓練係統，通過與(yu) 人工智能算法高度整合，將腦機接口與(yu) 外骨骼機器人有機結合，通過采集、處理人體(ti) 腦電神經信號實現動作控製。使用者可通過“意念”控製外骨骼機械手，帶動癱瘓手部進行訓練，也可做出各種複雜動作，幫助使用者實現肢體(ti) 康複訓練。這項應用對運動技能衰退的中老年人、腦血栓引起的運動障礙、中樞及外圍神經病變患者、斷肢移植、皮膚移植造成的感覺功能障礙等人員具有很好的前景，可幫助患者重獲對軀體(ti) 的掌控，自信麵對生活。

　　在數字世界與(yu) 現實世界無縫切換

　　基於(yu) 穩態視覺誘發電位技術的元宇宙級交互體(ti) 驗係統，不同於(yu) 傳(chuan) 統的手柄、手勢、語音、眼動等交互手段，腦機接口可以不依賴於(yu) 肌肉和外周神經直接與(yu) 外部設備與(yu) 環境建立交互，且更具沉浸感，可解放雙手，通過腦電信號實現“所見即所得”。元宇宙的產(chan) 業(ye) 快速發展，物理世界的更多行為(wei) 、動作可以通過編碼接入數字世界，不僅(jin) 會(hui) 重塑交互，更會(hui) 深刻影響人們(men) 感知、回應、掌控事物的方式，加強人在虛擬世界的真實感官體(ti) 驗，在數字世界和現實世界持續、無縫地切換。

　　作為(wei) 一項應用前景廣泛的高新技術，腦機接口的技術發展除了需要加強政策及標準製定、研發投入、產(chan) 業(ye) 應用、多方協同等之外，還需要依托全麵科普為(wei) 這一前沿科技注入動能。科學技術是第一生產(chan) 力，青少年是人才的儲(chu) 備力量，更是社會(hui) 進步的希望所在，青少年對科學技術的掌握程度往往決(jue) 定一個(ge) 地區的創新力、一個(ge) 社會(hui) 的發展力和一個(ge) 國家的競爭(zheng) 力。因此，加強青少年腦機接口科普教育工作，對培養(yang) 一代懂科學、愛科學、用科學的優(you) 秀青少年群體(ti) 、建設腦機接口後備人才隊伍尤為(wei) 重要。

　　在世界機器人大賽中，已增設了一項腦機接口的專(zhuan) 業(ye) 賽事——BCI腦控機器人大賽，就是一項推進技術創新突破，推動腦機接口技術與(yu) 各領域產(chan) 業(ye) 交流合作，滿足人們(men) 對醫療、養(yang) 老、康複等多樣化的民生需求，實現該領域與(yu) 各行業(ye) 的跨越融合發展的賽事。該賽事還推動前沿科技向青少年普及。例如，“腦力小巨人”比賽，將腦電生物反饋做到了比賽項目中，讓孩子們(men) 體(ti) 驗前沿的腦機接口技術，學習(xi) 多科學融合的技術知識，提升綜合素養(yang) 。

　　在漫長的曆史進程中，人類已經一次次成功地獲得了這些改變世界的技術。可以樂(le) 觀地看到，未來，人類能夠成功將腦機接口技術融合進生活、賦能產(chan) 業(ye) ，助力國民經濟發展，提升大眾(zhong) 幸福感。

　　(作者：高小榕，係清華大學醫學院教授)

　　來源：光明日報