作者 | 洪濤、奧托·麥克

作者均為美國佐治亞理工學院博士后

人類歷史上，每一次重大的技術革命，都會引發對人類自身乃至整個社會的沖擊；腦機接口(BCI)也一樣，對人類社會來說，這門高新科技將會引發一場新的社會變革的風暴。正如國際知名學者周海中先生1995年11月在美國芝加哥舉行的《大腦與機器》學術研討會預言的那樣，“在21世紀初葉，腦機結合時代即將到來；屆時，人類文明的進程將會大大加快?！蔽覀儓孕牛弘S著科技的進步，尤其是腦機接口和人工智能的發展，未來人類社會將會變得越來越美好。

腦機接口技術，即腦、機、接口，三者的結合，將大腦的信息通過適當的接口技術來讀取，并操控外部設備的動作。這些外部設備可以是一個機器人，也可以是虛擬鍵盤，還可以是其他任何想要操控的東西。當前對腦機接口技術的開發已走出實驗室，并進入初步應用階段；如何讓這門技術服務于社會，推動它的廣泛應用，是當前研究的熱點。目前，該技術已經成為了全球各國科技競爭的戰略高地。它會在人與機器之間架起橋梁，并最終促進人與人之間的溝通，創造巨大價值。

讓我們先來回顧一下腦機接口發展的簡要歷程：1929年德國精神病學家漢斯·貝格爾先生發表的第一篇有關腦電圖的文章，開啟了人類對大腦活動的研究歷史。1973年美國加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾先生首次提出了“腦機接口”的構想，雖然受限于當時的計算機運算能力，他之后十年的研究并未取得預期進展，但他的大膽預測與實踐，為后來的研究者引領了方向。

上個世紀90年代，腦機接口技術的研究不斷取得新成果。例如，巴西科學家米格爾·尼科萊利斯先生在美國達勒姆提取葉猴皮層運動神經元的信號來控制機器人手臂，進而操控遠在日本東京的機器人的動作；他的最新研究是讓3只猴子協調工作來完成一項任務，這項涉及大腦網絡的研究，將腦機接口技術帶入了如何擴展腦能力的新階段。2014年，在巴西圣保羅世界杯開幕式上，癱瘓青年通過腦機接口踢出了當年世界杯的第一球，更是為腦機接口技術的研究與應用揭開了嶄新的一頁。

腦機接口技術是腦機結合的新發展方向，是實現人類與機器共生的技術；它從大腦直接提取信號，翻譯成控制命令來控制計算機或者機器人等外部設備。目前的腦機接口主要分為植入式和非植入式兩大類。前者為有創技術，需要把電極芯片裝入大腦，或把計算機設備裝在人體里，實現混合的人類和電子系統；后者為無創技術，只要貼上電極芯片并從大腦外采集信號，就能夠實現對外部設備的控制。植入式和非植入式都各有優劣，應視具體情況而定。

有專家認為：腦機接口技術的發展可以大致分成三個階段。第一個階段，指Interface，也即接口（目前還在初級階段）；第二個階段，指Interaction，也即交互；第三個階段，指Intelligence，也即腦機智能。最終，腦機接口將增強人類的能力，例如，人類可能會擁有超感知能力，有更好的視覺和聽覺。腦機接口技術目前主要應用于醫療領域，它在未來將得到進一步發展，應用領域也在不斷擴大。

前不久，美國實業家及工程師埃隆·馬斯克先生表示，由他創立的腦機接口公司(Neuralink)很快就完成人類大腦植入，原則上可以修復任何大腦問題，包括提升視力和聽力、恢復肢體功能、治療老年癡呆癥和漸凍癥等。去年5月，該公司宣布獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準，將啟動首次腦植入物人體臨床研究。目前，它正在招募癱瘓的志愿者來研究植入物是否能讓他們控制外部設備。如果該技術在人類身上發揮作用，它能夠改善數以百萬計的人的生活質量。僅僅在美國，目前就有大約540萬人癱瘓病人。

由美國得克薩斯大學奧斯汀分校何塞·米蘭先生領銜的研究團隊不久前利用非植入式腦機接口技術助力癱瘓者操作思維控制輪椅。該團隊招募了3名四肢癱瘓的人進行縱向研究，由腦電圖(EEG)檢測他們的大腦活動，并通過一個腦機接口設備將其轉換為輪椅的機械指令。有關專家認為：在未來，我們將有神經技術，也使我們更接近我們的大腦；這些設備將適用于患者和普通人，告訴我們大腦的健康狀況，并為改善大腦提供新的機會。

中國科學院長春應用化學研究所研究員張強先生率領的團隊最近聚焦前沿腦機接口技術，在腦中風治療領域取得進展。他們研制了新型植入式水凝膠神經電極，該水凝膠神經電極可以在單細胞水平上，原位獲取腦神經信息與調控，并利用光遺傳神經調控技術，調控大腦神經回路與肢體行為。這項技術成功地用于促進腦中風大鼠的康復，通過中風腦區受損神經元的調控，有效地減少了腦組織的梗死區域，促進大鼠運動功能恢復。下一步研究人員將重點圍繞大鼠腦神經信號監測與調控技術開展研究，向腦部病變的監測和治療方向繼續努力；然后，他們將進一步研究人類大腦的病變情況，為更精確地診斷和治療腦部疾病開辟道路。

眾所周知，人腦擁有至少1000億個神經元；這些神經元又與10^15個神經聯接，將復雜相連的神經首尾相接，總長度超過18萬公里。如此復雜的網絡性讓人類擁有了智慧，探究大腦卻成為了全世界科學家努力抵達的“終極疆域”。隨著以人工智能技術為核心的第四次技術革命深化發展，腦機接口技術已經成為美國、歐盟、英國、日本、韓國、中國、以色列、新加坡、澳大利亞等國家優先支持發展的創新型技術之一。例如，由美國佐治亞理工學院領銜的國際研究團隊，前不久用腦科學技術和電子技術結合在一個腦機接口系統中，用戶可以通過想象一個動作，來無線控制輪椅或機械臂；該系統對用戶的主要優勢是柔軟舒適，并且沒有電線影響，具有靈活性和實用性。

腦機接口技術既能通過測量和提取人腦中樞神經系統信號，實現對外部設備的操控，也能通過外部設備對神經系統的刺激和神經反饋，實現對中樞神經系統的調控，使得人腦與外部設備之間形成具有神經反饋調控的閉環系統，實現人機或腦機的智能融合，并使我們能夠更好地理解、增強、改善或恢復中樞神經系統及其與外界的交互作用，因而目前在醫療康復、航空航天、智能家居、智慧商業、教育、娛樂等多個領域有著廣泛應用。未來，腦機接口技術將應用到更多領域，發展前景是值得大家期待的。毫無疑問，一個嶄新的腦機結合時代即將到來，人類文明的發展就將會突飛猛進。