脑机接口，打开“脑世界”的大门

作为新质生产力的代表性领域之一，脑机接口是生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿新兴技术，也是未来产业发展的重要方向。

去年，清华大学医学院洪波教授团队与首都医科大学宣武医院、北京天坛医院合作，通过自主研发的半侵入式脑机接口，帮助两位高位截瘫患者分别实现了自主脑控喝水，以及用脑电活动控制电脑光标移动。

这是否意味着脑机接口作为一种全新治疗手段将很快普及？这一前沿技术距离实际应用究竟还有多远？

“科幻照进现实”究竟还有多远？

目前，大多数人对脑机接口的认知还停留在科幻层面，对于身边什么东西算脑机接口、到底是什么原理，都说不太清楚。

举一个简单例子，去医院体检时，我们经常看到的脑电图设备，可以算作脑机接口的雏形。理解了脑电图的原理，就能明白脑机接口的关键机制：大脑活动会产生电信号，通过在人身上安放电极，可以在人脑和计算机之间建立联系以采集这种信号。当然，仅仅收集信号肯定还不够，脑机接口更重要的使命是要促成大脑和机器之间的交流。具体来说，要在获取、整理、解码脑信号的基础上，将大脑思维转化为计算机能够识别的信号，或者将计算机信号转化为大脑可以理解的指令。实现了相互理解后，能更进一步走向大脑与机器之间的相互控制。

弄清楚了基本原理，现在开始实操。第一个问题是——怎么在两者之间建立联系？

科幻电影中经常出现的媒介包括但不限于感应舱、头盔、脑后插管、电子芯片，现实中使用的设备没那么高端，但思路差不多，一类是要给大脑开个口子，将检测设备放进去；还有一类只需要贴在头皮外面就能运作。据此延伸出了脑机接口最基本的分类标准，前者叫侵入式接口，后者叫非侵入式接口。部分脑机接口项目还做了更具体的划分，将电极深入颅骨内、硬脑膜外的称为半侵入式接口。

如果把人脑想象成一个鸡蛋，颅骨就好比蛋壳，在颅骨下包裹大脑的硬脑膜类似蛋壳膜，脑组织就如蛋白蛋黄。如果在颅骨外探测脑电信号，虽然最安全，但信号质量肯定是最低的；如果将电极插入脑组织中，信号当然最好，却不可避免会带来损伤的风险。而把电极放置在颅骨内、硬脑膜外——这就好比把耳朵贴到会议室的墙上听屋内人交谈，效果肯定比在大楼外要好很多，同时也不会打扰到屋内人。

当然，尽管在信号质量与人体创伤之间取得了一个相对平衡点，半侵入式脑机接口也并非“包打天下”，它有自己的适用范围：对大脑皮层浅表层细胞信号的传递与收集比较擅长，而对大脑皮层较深处的细胞信号处理就不如植入式脑机接口。

现实中，具体用哪一种，目前最主要的考量因素仍是安全问题。把检测设备植入大脑，其难度几乎等同于把一根针立在豆腐上，后续还可能引起人体的排异反应，所以当前已落地的脑机接口应用，大部分还是非侵入式的。

然而，无论是哪种接口，就当前的技术水平来看，大多数还在处理“从脑到机”方向最基础的输出和控制问题，距离科幻小说里描述的戴个头盔或装个脑后插管就可以把意识上传至虚拟世界的情节，还有很长的路要走。

如何打开“脑世界”的大门？

脑机接口面临的第二个问题是，怎么弄清楚人脑加工信息的机制？

人的大脑极其复杂，大脑皮层中有超过800亿个神经元，每秒能够处理的信息大约为1亿比特，相当于600多万汉字。而脑机接口涉及的问题，如在大脑的哪个部位收集信号、如何做到低时耗甚至无时耗地传递海量信息、信号采集后又如何解读等，这些都建立在对大脑机制深入了解的基础上，要精准构想并实现以上环节的难度可想而知。

因此，尽管任何人都能从宏观上设想脑机接口的应用，当下我们尚未能够从微观上具象化脑机接口的技术操作细节，如果说科幻电影中关于脑机接口的想象是一座大厦，现实中对其的探索还只处于打地基阶段。

那么，地基打得如何了？

回顾脑机接口技术50年的发展历史，其研究和应用不断取得突破。

1973年，“脑机接口”概念被正式提出，随后是近20年的理论萌芽和科学论证阶段，这一概念逐渐成为学界共识。研究者研发出“P300拼写器”、基于运动想象的脑机接口等技术应用模型，初步打通了人与环境交互所必须依赖的身体壁垒。

2000年以来，脑机接口领域迎来技术爆发期。一方面，早期的技术模型进入临床应用阶段，为个别运动障碍患者带来了自主行动的可能性；另一方面，研究人员也在不断更新迭代脑机接口范式。

有了上述两个阶段的铺垫，近五年来，国内外涌现出一批脑机接口初创企业，其研发成果使得人与机器的交互性能得到很大提升，可感“触觉”的机器人假肢、全球首例人体脑机接口芯片植入手术等，均使这一领域吸引了更多关注。

站在脑机接口技术的最前沿，当下应用可分为从脑到机的输出型和从机到脑的输入型。

以前文提及的清华团队成果为例，脊髓损伤患者利用脑机接口控制机械臂实现自主喝水是典型的输出案例。在这一过程中，患者通过脑机接口，将运动脑区的神经信号传递给外界的电脑或手机，经解码算法破译后，对气动手套进行控制。

脑机设备还可以反向刺激脑内神经活动。比如，用脑机接口治疗抑郁症的患者，在接入神经调控装置后，可通过电脑或手机远程控制刺激信息的输入，一键调整脑波节律，从而切换到平静、快乐的情绪状态。

走向何方？

面向未来，脑机接口领域是一片值得开发的蓝海，投资者用大笔资金的注入表达了对这一市场的信心。

《2023中国脑机接口行业研究报告》显示，2020年8月至2023年8月，脑机接口获得了不菲的融资额。

从长期趋势来看，2014年以来中国脑机接口行业的一级市场投融资趋势呈明显的上升态势，尤其是近五年来，脑机接口从实验室一步步被推向了公众视野。

跳出投资者对脑机接口的乐观展望，也有许多人对脑机接口持保留态度。科技与人的拉扯，就像叶公与龙，担忧与期待共存于无数个可能改变人类的瞬间。

就像我们当下会问：大数据技术会侵犯隐私吗？ChatGPT会让我失业吗？同样的问题也指向了脑机接口。比如，脑机接口会侵犯隐私吗？会让我失业吗？

每个悬而未决的困惑拷问的都是人类本身——该如何对待技术、对待他人？如何定位人类、定位自己？

清华大学美术学院的研三学生张昊天正在参与一项脑机研究项目，名为“想象力控制器”，他希望探索艺术和科技融合的可能性。

张昊天说：“关键不在于机器会不会取代人类，或者人类会以什么样的形式存在。人之所以是人，之所以发展科技，就是因为我们有独立的意识，有更高维的意志。正因为我们有这样的能力，才可以去进行对未来的想象。”

责任编辑：丁莉莎