脑机接口：从科幻中走出来的新技术
脑科学问题是人类社会面临的基础科学问题，是人类理解自然和理解人类自身的重要研究方向，脑机接口是该领域的有效探索手段之一。
最近十年，随着AI的发展，电极材料、信息采集能力等技术的突破和提高，脑机接口技术从实验室走向生活。
在国家战略的引领下，在科技创新不断更迭促进下，在人民大众的期待关注下，脑机接口技术将在面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向人民生命健康的科技创新主战场上发挥重要作用。
进击的智能：脑机接口
脑机接口是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，借此实现脑与设备的信息交换。
脑主要由神经元组成，是人体的控制器，它通过我们的眼睛、耳朵、皮肤获取到外界的信息，同时也会向我们的肌肉发出控制信号。
如果把人体比作一台电脑，那么眼睛、耳朵就是鼠标键盘，是输入设备；肌肉、声带就是显示器、打印机，是输出设备。而脑机接口就是跳过基于肉体的一些生物学功能，让脑直接和机器实现信息交换的设备。
目前脑机接口技术的应用主要分为侵入式脑机接口、非侵入式脑机接口。
侵入式脑机接口
指在大脑中植入电极或芯片
人的大脑中有上千亿个神经元，通过植入电极，可以精准地监测到单个神经元的放电活动。但这种方式会对大脑造成一定的损伤，电极的植入不但会损伤大脑神经元，也会有感染的风险。
在大脑中植入电极后，周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来，电极监测到的神经元活动会越来越少。几年甚至几个月后，电极就完全监测不到神经元活动，如果需要再次使用，就得重新植入电极，再次经历风险。
非侵入式脑机接口
指头戴式的脑电帽
它主要是使用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。这种方式可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，主要缺点是不够精准。
此外，头戴式的脑电帽虽然不会损伤大脑，但每次使用时都需要先洗干净头发，再往脑电帽的电极中注入导电胶，操作起来十分麻烦。
正如电影《黑客帝国》中，现实世界的人类需要通过插入连接器的方式进入到“母体”世界中。这种“脑后插管”的方式便是典型的侵入式脑机接口。与之对应，像《刀剑神域》《头号玩家》中的游戏头盔是非侵入式脑机接口。
脑机接口产业的未来愿景
作为人体中最复杂的器官，我们对大脑的了解还太少。随着脑科学的发展，脑机接口的功能也会越来越强大。使盲人复明，使瘫痪者行走，使聋哑人开口说话，这些传说中的神迹会因科学来到人间。
在其他领域，脑机接口被认为是元宇宙的终极解决方案，是人与人、人与世界沟通方式的革命。
近日，中国信通院正式发布《脑机接口总体愿景与关键技术研究报告（2022年）》，针对脑机接口这一前沿领域，从科研攻关、产品研制进行研究，并提出了一个愿景：“脑智芯连，思行无碍”。
脑智芯连 思行无碍
“脑”寓意为大脑和思维意图，“智”寓意为人工智能和类脑智能，“芯”寓意为以芯片和计算能力为代表的外部设备，“连”有通讯、接口、内外连接与协同三重含义。
通过“脑智芯连”的科学融合，实现“思行无碍”的目标，即期待大脑及人类智能和外部设备相互连接后，人类的思想和行为控制之间，不再有疾病和空间的阻碍；人类的能力得到显著增强，大大降低神经疾病带来的痛苦。
准确、高效、稳定、易用、安全
脑机接口愿景的实现前提是满足“准确、高效、稳定、易用、安全”五大需求。
即脑机接口系统应具有准确的大脑意图解码算法；高效的信息解码效率，快速地反馈响应和执行任务；稳定的设备性能与抗干扰能力；易用、轻便、舒适的使用体验；安全和符合伦理要求的植入、采集和信息传送保障。
产学研用医政
脑机接口的创新发展有赖于“产学研用医政”协同创新体系的搭建。
脑机接口的广泛应用落地需要关键技术的突破，工程技术的革新，科研工具平台的支撑，标准体系的推动、测试验证体系的完善，科技伦理的共识，以此来不断突破发展瓶颈，迎来更大的应用空间。因此，脑机接口产业需要建设创新协同体系，促进多学科协作、多行业协同。
脑机接口产业的应用场景
目前，脑机接口主要用于医疗康复领域，人工耳蜗便是最普遍的临床应用。
此外，通过在大脑视觉皮层中植入的电极，佩戴装有微型相机的眼镜，西班牙一名失明患者再次“看见”了纸上的字母、图形等。通过深脑刺激，帕金森病可以得到一定程度控制。在治疗抑郁症、阿尔茨海默症等方面，脑机接口也被寄予厚望。
在教育、智能家居、军事等领域，脑机接口也有广泛的应用场景：通过可穿戴设备进行神经反馈训练以提升注意力，脑控智能家居，帮助士兵完成危险环境中的任务等。
除了数据输出，科学家还期待像科幻作品所描述的那样，进行数据的反馈和输入，实现双向脑机接口。
例如，将知识处理后植入大脑，使人们瞬间知晓天文地理；或者将记忆上载至“云端”，随时写入和读取；甚至在大脑之间进行实时数据传输，让人们无需语言便可自由交流，实现“心灵感应”……以脑机接口为起点，这些瑰丽想象擘画了人机融合的宏阔远景。
不过，目前脑机接口技术仍需破解诸多难题：大脑中约有860亿个神经元，而人类所能捕捉的只是沧海一粟；植入材料可能引发大脑排异反应，或因移动造成脑损伤；更重要的是，人们对神经系统极为复杂的运作机制认识还很浅显，对大脑高级功能如情感和记忆了解更少。
不仅如此，当脑电波被感知、记录，人的思维处于全面暴露的风险之中，隐私安全问题愈加凸显。
随着人机进一步融合，技术与人类社会关系也引发新的思考。技术往往是中性的，如何应用才是决定其“善恶”的关键。人们期待，越来越成熟的脑机接口技术能够改善健康，增强人体机能，帮助人类突破自身局限，享有更多福祉。
责编：孙浪
监制：李红梅
文章参考：
1.《脑机接口总体愿景与关键技术研究报告（2022年）》中国信通院
2.《进击的智能：脑机接口》南开大学人工智能学院
3.《脑机接口难题不少（科技大观）》人民日报
4.《人脑给AI打工？给保安带上脑机接口，眼睛识别违禁品，0.3秒自动标记结果》澎湃新闻
5.《“脑机接口”火了，还有哪些难题待解？》新华网