脑机接口技术原本是存在于科幻电影之中的新科技，它有着很广泛的应用前景，它能在医疗、康复、包括人的认知、感知等等方面都能给我们以帮助。它也是人类摆脱手脚束缚，用大脑控制机器的重要一步。如今脑机接口技术的发展，可以让我们对于大脑的认知更上一层楼。

2021年，埃隆·马斯克（Elon Musk）的脑机接口公司开了一场发布会，展示了一只猴子仅用其大脑就能控制光标在屏幕上移动，玩起“意念乒乓球”（MindPong）游戏。这场发布会让很多公众第一次听到了“脑机接口”。2018年，马斯克同样通过线上发布会的形式，给大家分别展示了完全没有脑机接口、经历脑机接口手术又撤掉以及两个月前被植入了脑机接口设备的三只不同小猪的健康情况，向公众展示了脑机接口手术的效果以及可逆性。

芯片是脑机接口的关键技术｜Pixabay

对于专业人士来说，马斯克的这两个实验中涉及的脑机接口技术已经并不年轻了。事实上脑机接口其实已经有七十多年的历史。早在2014年巴西世界杯开幕式上，就有一位残疾人少年通过脑机接口接通了一个仿生假肢进行开球。

脑机接口技术有两种方式，一种是植入式的，即通过手术给病人或动物植入电极来进行神经元信号的读取，比如上文提及的马斯克的两次实验。另外一种形式则是无创的，使用者通过佩戴脑电波设备来采集头皮脑电信号，通过电缆传输并放大之后传送到计算机进行分析处理，这是一种间接的采集神经原的信号方式。如果我们将大脑比做一间屋子，大脑中的信息就像是屋子里的人在说话，我们想知道屋子里的人在说什么，可以直接推开门进来听，这就好比植入式的脑机接口；而非植入式的脑机接口就如同通过装置在屋外收集并放大屋内的声音从而听清楚。植入式的脑机接口从采集信息的准确性上来讲效率更高，可以更精准地收集信号，但同时它是有创的，需要手术植入大脑。而非植入式的脑机接口仅需体外佩戴设备，对人体没有损伤，但面临如何高效精确采集信号的技术挑战。

通过脑机接口获取脑部信号就好比通过设备录音｜Pixabay

在未来，脑机接口有着非常广泛的应用前景，它可以在医疗、康复、包括人的感知、认知方面都能够给我们以帮助。例如面对中风或者其他疾病而丧失肢体运动能力的病人，他们的大脑是健康的。常规的康复方式可能是通过一个机器外骨骼来带动他去运动，但这只是一种被动的康复。而脑机接口技术可以采集并按照患者的运动意图控制肢体运动。在更远的未来，计算机或许可以解读人的动机以及想象。

除了前文提到的巴西世界杯的开球少年以外，脑机接口技术在国内也有一例很成熟的应用。2004年，一位年仅24岁的年轻人王甲被诊断为渐冻症，曾经的箭步如飞永远成为了他的回忆。由于几乎丧失了全部的肌肉控制能力，王甲不仅失去行动能，也失去与家人沟通的能力。2019年7月，清华大学医学院的科研团队给王甲带来了一套脑机接口打字设备。这款设备包含一个显示屏，显示不同闪烁频率的字母。当使用者盯着不同的字母时，大脑也会产生不同的反应，通过收集分析不同的信号就可以辨别出使用者在主注视哪个字母，从而频出使用者想要表达的内容。经过短暂的训练，王甲逐渐掌握了脑机接口打字这项新技能，因此也重新获得了与家人、外界沟通的能力。

脑机接口：康复训练的新窗口｜Pixabay

目前，无论是植入式还是非植入式的脑机接口技术都存在较大的局限性，也面临着各自的挑战，还距离我们的生活非常遥远。例如针对植入式脑机接口，科学家们正尝试着去寻找一些体积更小、生物兼容性更强的材料作为植入电极，从而减少对人体的伤害。而对于非植入式的脑机接口，如何优化生物信号的采集也是科学家正在不断探索、攻克的课题。

同时，由于脑机接口技术“人机合一”的特殊性，一方面它能够将人的智慧和机器的高性能更好的结合起来，通过这项技术，人类未来也许会达到人机混合这种最高形式的智能。但另一方面，脑机接口如何保护使用者的隐私、让技术更好地服务于人类生活，也成为了浙西那个技术发展必须要解决的关键问题。我们需要对技术不断优化，同样也需要出台完善的法律法规来为民众权益保驾护航，只有这样，才能推动这项技术更快的发展并落地。

大脑是人类最为复杂的器官之一，我们对它的了解仍非常浅显。曾经有科学家说：“我们在新的世纪研究人类的大脑，就像上个世纪我们探索宇宙一样，面对的都是有很多的不确定性。”我们在探索宇宙的时候走得很远，最终收获了很远的脚步，也同时看到了很多技术的不断成熟。在研究大脑的过程中，也许这段历史会再次重现。也许正当我们满怀憧憬未来脑机接口的技术将给我们带来怎样的人机高度混合的智能社会，并不断为之奋斗的时候，其实在走的每一小步当中都给我们的社会带来了成果。

参考文献

[1]贺文韬. 脑机接口技术综述[J]. 数字通信世界, 2018, 01(No.157):81+86.

[2]尹晶海, 蒋德荣, 穆振东,等. 基于运动想象的脑机接口残疾人游戏辅助平台的设计与应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2008, 12(35):5.

[3]马赟, 王毅军, 高小榕,等. 基于脑-机接口技术的虚拟现实康复训练平台[J]. 中国生物医学工程学报, 2007, 26(3):6.

[4]高上凯. 浅谈脑-机接口的发展现状与挑战[J]. 中国生物医学工程学报, 2007.

作者：宋帅兵

编辑：韩越扬

来源： 光明网

近日，“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克更是因为投资的脑机接口公司Neuralink再度成为全球焦点。杭州曼安智能科技总经理宋星向21世纪经济报道记者感慨，自马斯克的发布会结束后，近期明显感觉到投资机构和个人前来询问、了解相关信息者多了很多。

马斯克对脑机接口技术的关注，源于学界认为，这将是AI的下一代技术方向。但脑机接口的发展与AI又和而不同。AI在历史上因为技术流派和资金环境等要素的影响而几起几落，脑机接口由于技术门槛更高，实际上几十年来处于平稳发展阶段。在近期才突然成为“爆点”。

实际上，以国内为代表的“非侵入式”脑接机口公司正逐步将相关产品推向市场，借助这些技术，可以有机会让“不能言”者懂得表达，“不能动”者感受到能挥舞四肢的美妙。

“大脑远比肌肉的可塑性强多了。我们需要正视一个理论，人的学习好坏跟大脑先天无关，只是跟大脑的状态有关。”BrainCo创始人及CEO韩璧丞向记者总结道，脑机接口可以深刻改变每一个用到大脑的环节，在未来，与大脑有关的病症包括老年痴呆、抑郁症等，也有望通过脑机接口技术进行干预并实现改善。

“三条腿”的技术路线

根据马斯克旗下公司Neuralink的发布和此后Facebook投资研发团队的宣布，似乎都在向大众宣告：用人的“意念”进行表达甚至控制行动，已不再是遥远的“畅想”。

不过对于脑机接口领域从业者而言，马斯克带来的惊喜或许并没有那么大。早在几十年前，科学家们已经实现在人体测试，现在探究的更多是对精准度和安全性的突破。

宋星向记者分析道，此次Neuralink发布的技术贡献在于，此前“侵入式”方案仅有100多个电极阵列，如今被扩展到3000多个；以及可以将电极线探入大脑的手术变成微创级别。

“3000多个点击阵列密度算是世界范围内很高的了。”他称，人体大脑有上亿个神经元，Neuralink为代表的“侵入式”方案，意图是在每个不同区域，通过电极线进入大脑，捕捉并记录神经元信号。电极越密集，数目越多，采集的信息就越丰富。

当然也少不了医疗器械等外部技术的加持。“不过整体来说，Neuralink的进步主要来自材料科学，在微纳米加工技术加持下，更多电极可以承载在柔软的高分子材料上。但脑机接口的神经解码技术并没有太大突破。”宋星如此指出。

Neuralink作为非侵入式方案的代表，目前在实用过程中还需考虑各种外部因素。相比之下，“非侵入式”脑机接口方案因其安全性等特征，正以相对快的速度进行商用并普及到生活中。

这构成了当前脑机接口的三大技术方案：侵入式脑机接口、半侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口。

具体来说，以哈佛为代表的大学主张非侵入式脑机接口，即无需进行脑部手术，通过外部机器直接捕捉脑电信号；斯坦福为代表的大学，主张侵入式方案，需要通过手术，在大脑中植入相关电极从而捕捉信号。

两条路线各有优势。非侵入式由于不用进行手术，相对更安全、稳定，但会被认为从外部捕捉的脑电信号精度不高；侵入式直接进入大脑，会捕捉到更精确的神经元信息，但手术本身会存在诸多需要考量的要素，此外，由于人体存在排异反应，从外部接入大脑的电极线在一段时间后会被大脑自动生成的膜组织包裹，从而导致捕捉信号效果衰减。

韩璧丞向21世纪经济报道记者指出，正因侵入式脑机接口方案需要进行脑部手术，会导致有较好手术效果（比如不会有术后感染症状）的案例极为有限。目前侵入式方案落地使用的案例，多为已患有严重疾病者，典型如斯蒂芬·霍金这类病人（霍金并未参与此类手术）。

至于半侵入式脑机接口方案，韩璧丞向记者介绍道，这不需将电极线接入大脑，但仍然需要进行脑部手术，将电极与大脑皮层连接。

在外部获取人体的脑电信号有多难？宋星举了个例子，这可类比在KTV环境中，判断飞进去多只蚊子的先后时间顺序。

“脑机接口解决的是，通过对脑电波进行降噪、滤波处理，将这些‘声音信号’抓取出来，并进行分析、识别并指导行动。”他进而表示，对于选择非侵入式路线的厂商来说，除了捕捉脑电波信号，还需要考虑到与皮肤接触的电极材料生物相容性是否良好、材料自身是否轻巧，与人体接触后不能产生太大噪声等。

图片来源：摄图网（图文无关）

脑机接口的技术绵延

韩璧丞向21世纪经济报道记者介绍道，学界认为，脑机接口是AI的下一代技术方向。但AI是让计算机像人一样，能看得懂、听得懂，脑机接口是对人类本身能力的强化。

“近年来应用落地取得长足发展，比如让学生学习效率提高的家庭端产品等，是建立在AI深度技术的成熟、算法和数据库完善基础上达成的。没有这些技术基础，如果从头开始研发，脑机接口可能还要演化20年。”他指出，在早年间，脑机接口技术经历过“死死生生”的过程，这是由于技术本身太难太新，很多人并不认同。

韩璧丞向记者介绍道，在最初，BrainCo是由哈佛大学脑科学中心和具备AI知识背景的博士或教授推动而成。“我们认为在脑机接口领域，未来会诞生类似今天Google和Facebook一样规模和影响力的大公司。”

BrainCo选择了重新组建架构的技术路线。韩璧丞表示，公司最初从材料学入手，找到能够达到很好采集、并保护脑电信号的材料，花费四年时间解决了导电性问题。在此基础上，又耗费了4年左右时间，进行架构和算法的重新搭建。

“我们注重医学性和AI算法的积累。所以大概4-5年前，攻克了材料难题并搭建好架构后。精力放在了算法和模式识别上。”他如此表示。

这就不难理解，作为一项涉及多种科学的交叉技术，脑机接口的发展是内外部因素共同推动的结果。

据宋星介绍，当前行业内有影响力的研究脑机接口公司和团队大多从知名学府中衍生而来，其涉及学科包括脑科学、精密仪器、微弱信号处理、计算机、人工智能、材料学等；辅助技术还包括工业设计、心理学、医学等知识。

“任何技术发展都会遵循‘木桶原理’，在未来，随着5G时代能实现大量稳定的数据传输，脑机接口的应用和形态可能都会发生新变化。”宋星向记者表示，云计算等架构模式之下，对脑电信号集约化处理的改变，未来也可能对人类生活方式带来影响。

技术演进与落地并进

“非侵入式”脑机接口技术其实已逐渐落地到我们的日常生活中。

据介绍，BrainCo目前主力产品包括两类，一类是训练集中注意力的头环，一类是智能假肢。对于训练集中注意力背后的技术原理，韩璧丞指出，其核心在于神经反馈，即基于脑电波可视化进行奖励的机制。“专注力提高了，可以被头环读取并在屏幕上显示，并进行奖励。学生会逐渐懂得保持这种感觉，掌握提高注意力的方法。因为大脑产生了记忆。”

韩璧丞表示，目前脑机接口在医疗领域将是刚需，另外在包括运动员、宇航员、驾驶员等专业领域也是一大落地场景。

不过，人才和资金缺口等技术密集型企业面临的特点，脑机接口同样存在。

至于未来技术方向，宋星向记者指出，芯片化可能是脑机接口技术的一个发展分支，尤其是侵入式方案的小型化过程中，有大量集成需求，集成电路能在其中发挥效用。“未来可能不会需要连接太多电极线，而是通过植入小型芯片达到功效。所以脑机接口的模块化、局部小型化会是必然。”

韩璧丞则告诉记者，未来希望建立人体脑电数据库，建成后这将成为技术上的一大壁垒。“通过采集人体的高精度脑电信号，完善对脑电架构的理解。要有足够大数据才能够发现脑科学更深入的秘密。”

栏目主编：顾万全 文字编辑：杨蓉 题图来源：视觉中国 图片编辑：曹立媛

马斯克的人脑芯片呼之欲出了。

11月30日，他旗下的大脑芯片公司Neuralink在加州总部的一场活动中展示，植入大脑芯片的猴子已经可以在电脑上“心灵感应打字”。而他们的目标是在6个月内将硬币大小的运算脑（computing brain）芯片植入病患的大脑中。

在这场备受瞩目的宣传活动中，马斯克主要介绍了即将植入人体大脑的两种芯片，一种是正在开发的脊髓植入物，可望恢复瘫痪病人的行动能力，他说：“尽管听起来很神奇，但我们有信心它也许会让某个脊髓被切断的人恢复全身功能。”另外一种则是能够植入眼部的芯片，马斯克说，它可能改善甚至恢复盲人的视力。

马斯克表示:“在将设备植入人体之前，我们希望非常小心，并确保它能正常工作。我们已经向美国食品药品监督管理局（FDA）提交了大部分必要的文件，可能在大约6个月后，我们就能进行Neuralink的首次人体试验。”

这就是所谓“脑机接口”，马斯克公司的最初目标是要让俗称“渐冻人”，即患有肌萎缩侧索硬化（ALS）或遭遇中风后遗症的人能重新活动和与外界交流思想。

以实现殖民火星和拯救人类等崇高目标而闻名的马斯克，还提出过用大脑芯片治疗帕金森症、阿尔茨海默症等脑部疾病。

据介绍，Neuralink的装置能够把神经元活动转化为能被计算机解读的数据。该公司此前一直在动物身上进行试验，同时寻求在人体上进行临床试验的批准。

Neuralink的上一次公开展示是在一年多前，当时展示了一只植入大脑芯片的猴子，它可以通过意念控制光标玩电脑游戏。当时，马斯克就宣布，已经能够用猴子的大脑控制计算机，而他“热切地”希望立即试验将人的大脑与计算机直接连接。

在周三的发布会上，马斯克又播放了一段植入大脑芯片的猴子在电脑前展示“心灵感应打字”的视频。

宾夕法尼亚大学的一名神经外科医生在看过Neuralink演示后告诉《纽约时报》，该公司的硬件令人印象深刻，“但并不代表在恢复或增强大脑功能方面取得了巨大进步。”

科罗拉多大学神经科学教授克里斯汀·韦勒对《纽约时报》采访时表示，马斯克的人体芯片植入测试最大的担忧是安全性，即它是否会“给患者带来不合理的风险”或导致脑损伤。

安全性的确是能致命的问题。这也是马斯克力推的各项先进科技中最缺乏信誉的部分。

几年前，马斯克经常宣传自动驾驶是一个“已解决的问题”，并预测司机“很快就能在汽车载他们上班的时候睡觉”。到了去年，马斯克开始承认，开发自动驾驶汽车比他想象的要“困难得多”。如今，特斯拉汽车特别是由其自动驾驶功能引发的各种事故层出不穷，马斯克已经面临着好几起致命车祸受害者家属的诉讼。

批评人士长期来指责马斯克过度炒作大脑芯片的进步，以及过度承诺其技术在短期内的发展程度。但马斯克还是再三地表示，希望有一天能够真正实现人类与机器的信息交流。他的疯狂观点还包括：只有在类似大脑芯片的协助下，人类才能跟得上未来由人工智能（AI）发展的先进物种。

火星人的想法常常让我们这些普通人感到不寒而栗。

哎，这种不仅事关人命，还事关人类存亡，甚至事关地球毁灭的发明，是不是还是慢一点儿更好？

据《每日新闻》2月2日报道，首富马斯克的“无限”神经大脑链接芯片据悉最早可能于今年进行人体测试。去年，马斯克因自家公司股票大涨，身家超过杰夫·贝佐斯，成为世界首富，作为特斯拉和Space- X的老板，马斯克将神经大脑链接芯片技术称为科幻游戏《赛博朋克》的现实版。

马斯克的Neuralink公司表示，他们正在开发高带宽的脑机接口，以连接人脑和电脑，使人机通过思想进行交流。据LadBible网报道，马斯克此前曾称该设备具有无限潜力，未来可以帮助人类制衡人工智能。

本月2日，马斯克宣布“暂时”退出网络社交平台之前，回复了一位瘫痪的粉丝，该粉丝主动提出自愿参加Neuralink公司的试验。马斯克回答说：“Neuralink正在非常努力地进行测验，并与FDA保持密切沟通，以确保植入物的安全。如果进展顺利，可能会在今年晚些时候进行初步人体试验。”

1月30日，这位科技巨头在Neuralink招聘的网页上评论道：“帮助《赛博朋克》的梦想照进现实（希望是好的版本）。马斯克此前曾表示，自己希望该设备能够重新训练大脑中负责成瘾、抑郁或焦虑的部分，以对抗精神疾病。

之前Neuralink芯片已经被植入了一只猴子的大脑。马斯克在《美好时光秀》节目中说：“我们已经在猴子身上进行了实验，通过我们的设备，它可以玩电子游戏。”

在去年介绍Neuralink演讲中，马斯克接受了听众提问。他说：“我认为将来能够保存和回放人类的记忆。我的意思是，这听起来越来越像《黑镜》里的情节。但是…嗯，我想编剧总是很擅长预测。基本上，如果有完整的大脑接口，所有记忆中的东西都可以编码、上传、备份。后人可以通过这些数据，恢复前人的记忆，并将这些数据下载到机器人的身体里。”

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