（要闻）脑机接口技术已在现实萌芽 “阿丽塔”不科幻

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这是最近上映的科幻电影《阿丽塔:战斗天使》中的情节。这部电影展现了一个人机融合非常普遍的未来世界。其中，各种半机器人都离不开脑机接口(bci)的支持——毕竟，即使是功能强大的机械四肢，也离不开大脑的指挥。

事实上，脑机接口技术已经不是纯粹的科幻小说了。虽然与《阿丽塔:战斗天使》中描述的发展相去甚远，但现实生活中的脑机接口技术已经开始出现。

一种新的人机交互方式

打字键盘是我们与电脑互动的主要方式。近年来兴起的语音交互是人工智能技术带来的一种新的交互可能性。而脑机接口技术将再次带来新的人机交互方式。

“脑机接口是一个允许大脑直接与机器通信的系统。它可以把大脑和机器互联起来，人和机器之间的信息传递或通讯控制会变得更加方便。”中国科学院半导体研究所研究员王怡君在接受《科技日报》采访时表示。

简单来说，外部设备可以通过直接提取大脑神经信号来控制。

“从技术上讲，脑机接口技术可以分为两类:侵入式和非侵入式。”王怡君说。

将电极或芯片植入大脑是一种侵入性的脑机接口。人脑中有数千亿个神经元，通过植入电极可以精确监测单个神经元的放电活动。这种方法的缺点是会对大脑造成一定的损害。

可穿戴式脑电图帽是一种非侵入式脑机接口，主要利用脑电图帽上的电极从头皮采集脑电图信号。这种方法可以监测头皮上群体神经元的放电活动，但缺点是不够准确。

事实上，早在半个世纪前，科学家就有了将大脑与机器连接起来的想法。但是相关技术一直不成熟，脑机接口技术进展缓慢。直到2000年左右，脑波检测等技术的重大进展为脑机接口技术注入了新的活力。

如今，脑机接口技术已经成为大科学家关注的前沿技术。

spacex公司负责人埃隆·马斯克投资了一家名为neuralink的脑机接口初创公司。Facebook在2017年还透露，它有一个工程师团队开发脑机接口技术。该团队计划用光学成像设备每秒扫描大脑100次，这样用户就可以直接用意识打字。

相关研究应用越来越多

“虽然现实生活中的脑机接口技术相对于科幻电影来说还处于发展初期，但是相关的应用越来越多。”博瑞康是一家注重脑机接口技术的国内企业。该公司总经理黄小山在接受《科技日报》采访时表示。

医学领域是脑机接口的主要应用。美国研究人员表明，利用脑机接口技术，残疾人可以控制机械臂进行活动，如拿起水杯、喝水等。

“但是脑机接口不一定要用来控制机械臂。”黄小山介绍说，这项技术还可以用于神经系统疾病的诊断和康复。比如癫痫患者的大脑会在某个区域出现神经元的异常放电。通过脑机接口技术检测到神经元异常放电后，可以对大脑进行相应的电刺激，减少癫痫发作。

王怡君说，在失去肢体控制能力后，中风患者还可以通过脑机接口技术训练他们的大脑运动皮层，帮助他们康复。

除了医学领域，脑机接口技术目前还应用于航空/航天、教育、娱乐等诸多领域。例如，在空航空航天领域，这项技术可以帮助宇航员用大脑更好地控制机械外壳，在特殊环境中执行任务；在教育领域，可以培养学生的注意力。

最吸引人的是脑机接口技术的未来前景。「BCI未来的应用场景是怎样的？想想我们通常用大脑做什么。”黄小山说。

最根本的变化是，一旦大脑和计算机的交互更好更快，人与人之间、人与计算机之间的交互效率就会实现质的飞跃。

王怡君解释说，例如，现在语言是人与人之间交流的重要方式。说话之前，大脑已经编辑形成了相关信息，然后通过控制肌肉运动以声音的形式表达出来。这样，通过语音对话进行交流的效率很低。

“未来可以通过脑机接口，即脑机混合智能，实现生物智能与机器智能的融合，让大脑之间、大脑与计算机之间直接进行信息交流，信息交流的效率将大大提高，从而真正实现‘我要做事’和‘精神控制’。”王怡君说。

前景是光明的，但发展中存在瓶颈

虽然前景很光明，但目前脑机接口技术仍存在许多令人尴尬的问题。

“以目前侵入性脑机接口技术的应用为例，在大脑中植入电极后，周围的胶质细胞会逐渐包裹住电极，电极监测到的神经元活动会越来越少。”王怡君说，几年甚至几个月后，神经元的活动就完全无法监测了。如果需要再次使用，必须再次植入。植入电极不仅会损伤脑神经元，还会有感染的风险。

戴上脑电图帽虽然不会损伤大脑，但是每次使用的时候洗头发，给脑电图帽的电极注射导电胶都很麻烦。

尽管存在上述问题，脑机接口的应用效果并不理想。例如，由脑机接口控制的机器人手臂很难像人类的肢体一样灵活。总的来说，脑机接口系统仍然缺乏一个安全、高效、低成本的解决方案。

"脑机接口是一项非常全面的技术，涉及许多技术领域."黄小山说，正因为如此，BCI的发展也受到相关技术成熟度的制约。

首先，脑电图信号的采集涉及到材料科学，因为植入大脑的装置非常容易引起人体感染，所以需要改进材料技术来解决这个问题。

同时需要精密的电子电路技术，因为脑机接口需要采集神经元发出的信号，神经元极其微弱。如果电路中的噪声稍大，会影响脑电信号的采集。

人工智能也是脑机接口的基础技术。因为在采集了大量的脑电信号后，需要训练人工智能系统来学习分析和处理这些复杂的信号。

医疗技术更是不可或缺。如电影《阿丽塔:战斗天使》所示，医生在一个充斥着半机器人的废金属城市中扮演着重要角色。现实中，脑机接口技术在医学领域的应用离不开相关医学技术的精确配合。

“但最重要的方面是脑科学研究。因为只有了解大脑中发生的事情，了解大脑是如何工作的，才能更好地解读大脑产生的信息。”黄小山说，目前学术界对听觉、视觉等脑电信号已经有了深入的了解，这些脑电信号只涉及大脑的局部区域。然而，学术界对高级脑功能产生的脑电信号，如记忆、复杂情绪等的认识有限。(记者李媛媛)