腦機(jī)接口，拓展思維新疆界

這是 達(dá)醫(yī)曉護(hù) 的第 5270 篇文章

在浩瀚的人類智慧海洋中，大腦始終是那片最為神秘莫測(cè)的水域。它不僅是思維的搖籃、情感的發(fā)源地，更是我們與世界互動(dòng)的指揮中心。然而，有的人因疾病或意外而失去了與外界溝通的能力，這片智慧之海仿佛被重重霧靄籠罩，隔絕了光明與希望。幸運(yùn)的是，科技的進(jìn)步正逐層揭開迷霧，其中一項(xiàng)尤為引人注目的技術(shù)便是腦機(jī)接口（BCI）——連接大腦與外界的橋梁。近日，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院成功完成了全國(guó)第三例、上海首例腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)植入手術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域取得了新的突破。

思維的翻譯官

想象一下，如果你的每一個(gè)念頭都能直接轉(zhuǎn)化為文字、圖像甚至是行動(dòng)，那將是怎樣一番景象？腦機(jī)接口，正是實(shí)現(xiàn)這一科幻夢(mèng)想的技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，它是一種能夠捕捉大腦活動(dòng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為可被外部設(shè)備理解并響應(yīng)指令的系統(tǒng)。這一過程大致可以分為三個(gè)步驟：

信號(hào)采集

通過侵入、半侵入或非侵入式的方式，在大腦特定區(qū)域放置電極或傳感器，這些“偵探”會(huì)忠實(shí)地記錄下大腦神經(jīng)元的電活動(dòng)。

信號(hào)解碼

采集到的腦信號(hào)是復(fù)雜且混亂的。科學(xué)家們利用先進(jìn)的算法對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解析，就像密碼學(xué)家破解密文一樣，從中提取出有意義的信息，比如意圖、情緒或是具體的記憶內(nèi)容。

反饋執(zhí)行

解碼后的信息會(huì)被轉(zhuǎn)化為外部設(shè)備能夠理解的指令，無(wú)論是屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)、機(jī)械臂的精準(zhǔn)操作，還是合成語(yǔ)音的輸出，都是大腦意圖的直接體現(xiàn)。

挑戰(zhàn)與希望并存

盡管腦機(jī)接口的概念聽起來(lái)充滿無(wú)限可能，但現(xiàn)實(shí)中的發(fā)展之路卻布滿荊棘。早期的腦機(jī)接口系統(tǒng)往往體積龐大，需要復(fù)雜的外部設(shè)備支持，這對(duì)于長(zhǎng)期佩戴甚至植入體內(nèi)的患者來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。此外，信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性也是一大挑戰(zhàn)，如何在眾多神經(jīng)信號(hào)中準(zhǔn)確捕捉到代表特定意圖的那部分，如同大海撈針。倫理、隱私、安全等問題也日益凸顯：如何確保個(gè)人思維數(shù)據(jù)的安全，防止被濫用或侵犯；如何平衡技術(shù)發(fā)展與個(gè)人隱私權(quán)之間的關(guān)系，將是未來(lái)必須面對(duì)并解決的難題。

然而，正是這些挑戰(zhàn)激發(fā)了科學(xué)家的無(wú)限創(chuàng)造力。近年來(lái)，隨著醫(yī)學(xué)、人工智能、材料學(xué)、微電子等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

小體積，大能量

癱瘓4年的小董在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院接受了上海首例半侵入式腦機(jī)接口產(chǎn)品NEO的植入手術(shù)。這款產(chǎn)品采用了“里應(yīng)外合”的設(shè)計(jì)思路，將電極植入大腦中央溝兩端的運(yùn)動(dòng)區(qū)和感覺區(qū)，通過體外機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行供電和解碼，分析患者腦電信號(hào)意圖，從而幫助患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。

手術(shù)過程精細(xì)而復(fù)雜：醫(yī)生先將患者的局部顱骨磨薄，嵌入僅有硬幣大小的腦機(jī)接口NEO；然后開骨窗，將兩片電極置入硬腦膜外，再將骨窗封閉。手術(shù)用時(shí)1小時(shí)40分鐘，大幅減少了同類手術(shù)的時(shí)間并降低了風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)采用無(wú)線微創(chuàng)設(shè)計(jì)，不損傷腦細(xì)胞。手術(shù)后僅一周，小董便順利出院，并開始進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。兩周后，小董已經(jīng)能通過腦控抓取礦泉水瓶實(shí)現(xiàn)自主喝水。這一成果不僅讓小董和他的家人看到了希望，也讓醫(yī)學(xué)界和科技界為之震撼。

從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)

越來(lái)越小的體積，越來(lái)越精確的解碼，這不僅是腦機(jī)接口技術(shù)的飛躍，更是人類探索自身奧秘、拓展能力邊界的重要里程碑。展望未來(lái)，腦機(jī)接口的應(yīng)用前景令人振奮。

醫(yī)療康復(fù)

對(duì)于因疾病或事故導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙、語(yǔ)言障礙的患者，腦機(jī)接口將成為他們重新與世界連接的橋梁。無(wú)論是通過意念控制的外骨骼幫助他們重新站立，還是通過合成語(yǔ)音讓他們?cè)俅伟l(fā)聲，都將極大地改善殘疾人群的生活質(zhì)量。

教育與學(xué)習(xí)

在教育領(lǐng)域，腦機(jī)接口可以監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)大腦活躍度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，它還能幫助有特殊需求的學(xué)生，如自閉癥兒童，通過非傳統(tǒng)方式表達(dá)自己的想法與感受。

科研與認(rèn)知科學(xué)

腦機(jī)接口為研究大腦工作原理提供了前所未有的工具，科學(xué)家從而可以更深入地了解記憶、情感、決策等高級(jí)認(rèn)知功能的神經(jīng)機(jī)制，推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)

在娛樂與游戲領(lǐng)域，腦機(jī)接口將使我們能夠以更加自然、直觀的方式與虛擬世界互動(dòng)，無(wú)需鍵盤或手柄，僅憑意念就能操控游戲角色、瀏覽信息，甚至體驗(yàn)完全不同的生活。

作者：山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院

神經(jīng)外科 王明宇