[科普中國]-什么是腦機接口技術？

在科幻電影中，經(jīng)常有這樣的場景：殘疾人可以用機械臂自如地彈唱，人類依靠意念指揮著龐大的機械……其實，這些神奇的場景都是以一種技術為基礎的——腦機接口技術（Brain Computer Interface，簡稱BCI）。

腦機接口，是指在人或動物大腦與外部設備之間創(chuàng)建的直接連接，從而實現(xiàn)腦與設備的信息交換。當人類思考時，大腦皮層中的神經(jīng)元會產(chǎn)生微小的電流。人類進行不同的思考活動時，激活的神經(jīng)元也不同。而腦機接口技術便可以靠直接提取大腦中的這些神經(jīng)信號來控制外部設備，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(chuàng)造巨大價值。

其實在很早之前，科學家就已經(jīng)有了制造早期腦機接口技術的想法，但由于技術的限制，一直沒有什么實質(zhì)性的進展。在此后的時間里，人們針對該技術的算法和應用不斷創(chuàng)新。如果將腦機接口技術的發(fā)展劃分為三個階段：第一階段是科學幻想階段，第二階段是科學論證階段，第三階段也就是當下所處的階段，主要聚焦用什么技術路徑來實現(xiàn)腦機接口技術，將出現(xiàn)各種各樣的技術方法，進入“技術爆發(fā)期”。

當下，腦機接口技術可分為侵入式和非侵入式兩大類：

侵入式腦機接口是指在大腦中植入電極或芯片。人的大腦中有上千億個神經(jīng)元，通過植入電極，可以精準地監(jiān)測到單個神經(jīng)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(jīng)元，也會有感染的風險。在大腦中植入電極后，周圍的膠質(zhì)細胞會逐漸將電極包裹起來，電極監(jiān)測到的神經(jīng)元活動會越來越少。幾年甚至幾個月后，電極就完全監(jiān)測不到神經(jīng)元活動，如果需要再次使用，就得重新植入電極，再次經(jīng)歷風險。

非侵入式的腦機接口是指頭戴式的腦電帽，它主要是使用腦電帽上的電極從頭皮上采集腦電信號。這種方式可以在頭皮上監(jiān)測到群體神經(jīng)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干凈頭發(fā)，再往腦電帽的電極中注入導電膠，操作起來十分麻煩。

除了存在“侵入性”植入物的安全和健康風險外，腦機接口技術還存在很多倫理和技術問題：如果可以在大腦中安裝芯片，有多少人會同意安裝呢？人們是否能接受“開頭顱、插芯片”，并試圖“篡改”自己的神經(jīng)沖動呢？

雖然存在很多困難和風險，科學家還是在積極探索腦機接口技術的實現(xiàn)與應用。醫(yī)療領域?qū)⑹悄X機接口技術的主要用武之地，例如利用腦機接口技術，使殘障患者通過控制機械臂進行活動。

除醫(yī)療領域外，腦機接口技術目前還被廣泛應用于航空航天、教育、娛樂等多個領域。例如在航空航天領域，腦機接口技術可以幫助航天員用大腦更好地操控機械設備，在特殊的環(huán)境下執(zhí)行任務等。未來，腦機接口技術將應用到更多領域，發(fā)展前景值得期待！

本文由中國科學院自動化研究所研究員樊令仲進行科學性把關。

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