腦科學問題是人類社會面臨的基礎科學問題，是人類理解自然和理解人類自身的重要研究方向，腦機接口是該領域的有效探索手段之一。
最近十年，隨著AI的發展，電極材料、信息採集能力等技術的突破和提高，腦機接口技術從實驗室走向生活。
在國家戰略的引領下，在科技創新不斷更迭促進下，在人民大眾的期待關注下，腦機接口技術將在面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向人民生命健康的科技創新主戰場上發揮重要作用。
01
進擊的智能：腦機接口
腦機接口是指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接，藉此實現腦與設備的信息交換。
腦主要由神經元組成，是人體的控制器，它通過我們的眼睛、耳朵、皮膚獲取到外界的信息，同時也會向我們的肌肉發出控制信號。
如果把人體比作一台電腦，那麼眼睛、耳朵就是滑鼠鍵盤，是輸入設備；肌肉、聲帶就是顯示器、印表機，是輸出設備。而腦機接口就是跳過基於肉體的一些生物學功能，讓腦直接和機器實現信息交換的設備。
目前腦機接口技術的應用主要分為侵入式腦機接口、非侵入式腦機接口。
侵入式腦機接口
指在大腦中植入電極或晶片
人的大腦中有上千億個神經元，通過植入電極，可以精準地監測到單個神經元的放電活動。但這種方式會對大腦造成一定的損傷，電極的植入不但會損傷大腦神經元，也會有感染的風險。
在大腦中植入電極後，周圍的膠質細胞會逐漸將電極包裹起來，電極監測到的神經元活動會越來越少。幾年甚至幾個月後，電極就完全監測不到神經元活動，如果需要再次使用，就得重新植入電極，再次經歷風險。
非侵入式腦機接口
指頭戴式的腦電帽
它主要是使用腦電帽上的電極從頭皮上採集腦電信號。這種方式可以在頭皮上監測到群體神經元的放電活動，主要缺點是不夠精準。
此外，頭戴式的腦電帽雖然不會損傷大腦，但每次使用時都需要先洗乾淨頭髮，再往腦電帽的電極中注入導電膠，操作起來十分麻煩。
正如電影《黑客帝國》中，現實世界的人類需要通過插入連接器的方式進入到「母體」世界中。這種「腦後插管」的方式便是典型的侵入式腦機接口。與之對應，像《刀劍神域》《頭號玩家》中的遊戲頭盔是非侵入式腦機接口。
02
腦機接口產業的未來願景
作為人體中最複雜的器官，我們對大腦的了解還太少。隨著腦科學的發展，腦機接口的功能也會越來越強大。使盲人復明，使癱瘓者行走，使聾啞人開口說話，這些傳說中的神跡會因科學來到人間。
在其他領域，腦機接口被認為是元宇宙的終極解決方案，是人與人、人與世界溝通方式的革命。
近日，中國信通院正式發布《腦機接口總體願景與關鍵技術研究報告（2022年）》，針對腦機接口這一前沿領域，從科研攻關、產品研製進行研究，並提出了一個願景：「腦智芯連，思行無礙」。
01 腦智芯連 思行無礙
「腦」寓意為大腦和思維意圖，「智」寓意為人工智慧和類腦智能，「芯」寓意為以晶片和計算能力為代表的外部設備，「連」有通訊、接口、內外連接與協同三重含義。
通過「腦智芯連」的科學融合，實現「思行無礙」的目標，即期待大腦及人類智能和外部設備相互連接後，人類的思想和行為控制之間，不再有疾病和空間的阻礙；人類的能力得到顯著增強，大大降低神經疾病帶來的痛苦。
02 準確、高效、穩定、易用、安全
腦機接口願景的實現前提是滿足「準確、高效、穩定、易用、安全」五大需求。
即腦機接口系統應具有準確的大腦意圖解碼算法；高效的信息解碼效率，快速地反饋響應和執行任務；穩定的設備性能與抗干擾能力；易用、輕便、舒適的使用體驗；安全和符合倫理要求的植入、採集和信息傳送保障。
03 產學研用醫政
腦機接口的創新發展有賴於「產學研用醫政」協同創新體系的搭建。
腦機接口的廣泛應用落地需要關鍵技術的突破，工程技術的革新，科研工具平台的支撐，標準體系的推動、測試驗證體系的完善，科技倫理的共識，以此來不斷突破發展瓶頸，迎來更大的應用空間。因此，腦機接口產業需要建設創新協同體系，促進多學科協作、多行業協同。
03 腦機接口產業的應用場景
目前，腦機接口主要用於醫療康復領域，人工耳蝸便是最普遍的臨床應用。
此外，通過在大腦視覺皮層中植入的電極，佩戴裝有微型相機的眼鏡，西班牙一名失明患者再次「看見」了紙上的字母、圖形等。通過深腦刺激，帕金森病可以得到一定程度控制。在治療抑鬱症、阿爾茨海默症等方面，腦機接口也被寄予厚望。
在教育、智能家居、軍事等領域，腦機接口也有廣泛的應用場景：通過可穿戴設備進行神經反饋訓練以提升注意力，腦控智能家居，幫助士兵完成危險環境中的任務等。
除了數據輸出，科學家還期待像科幻作品所描述的那樣，進行數據的反饋和輸入，實現雙向腦機接口。
例如，將知識處理後植入大腦，使人們瞬間知曉天文地理；或者將記憶上載至「雲端」，隨時寫入和讀取；甚至在大腦之間進行實時數據傳輸，讓人們無需語言便可自由交流，實現「心靈感應」……以腦機接口為起點，這些瑰麗想像擘畫了人機融合的宏闊遠景。
不過，目前腦機接口技術仍需破解諸多難題：大腦中約有860億個神經元，而人類所能捕捉的只是滄海一粟；植入材料可能引發大腦排異反應，或因移動造成腦損傷；更重要的是，人們對神經系統極為複雜的運作機制認識還很淺顯，對大腦高級功能如情感和記憶了解更少。
不僅如此，當腦電波被感知、記錄，人的思維處於全面暴露的風險之中，隱私安全問題愈加凸顯。
隨著人機進一步融合，技術與人類社會關係也引發新的思考。技術往往是中性的，如何應用才是決定其「善惡」的關鍵。人們期待，越來越成熟的腦機接口技術能夠改善健康，增強人體機能，幫助人類突破自身局限，享有更多福祉。
責編：孫浪
監製：李紅梅
文章參考：
1.《腦機接口總體願景與關鍵技術研究報告（2022年）》中國信通院
2.《進擊的智能：腦機接口》南開大學人工智慧學院
3.《腦機接口難題不少（科技大觀）》人民日報
4.《人腦給AI打工？給保安帶上腦機接口，眼睛識別違禁品，0.3秒自動標記結果》澎湃新聞
5.《「腦機接口」火了，還有哪些難題待解？》新華網