“只需思考即可控制你的手机或计算机，并通过它们来控制几乎任何设备。”

今天，这句话并不是出现在科幻小说里。

今年1月30日，埃隆·马斯克通过社交媒体宣布，首位植入脑机接口芯片的人类恢复良好。紧接着，这个科技狂人描绘了未来的应用目标，并设想如果霍金能用上自家产品该多好。

图片来源：国外社交媒体截图

把芯片植入人类大脑，这在不少科幻小说中出现过。马斯克力推的脑机接口技术，可能只是该技术的一小步，但没准会成为人类迈向“黑客帝国”的一大步。

好巧不巧，就在这之前的几天，Nature也发文指出2024年最值得关注的七大技术，其中正有脑机接口。

图片来源：Nature官网

咱们也来畅想一下未来，聊聊脑机接口。

01、脑机接口的过去

脑机接口就是实现人脑和机器的连接。仅就原理来说，其实并不复杂，一共有三步。

第一步，通过采集设备从大脑皮层采集脑电信号，并通过放大、滤波、A/D转换等处理，变成能被计算机识别的信号。

第二步，对信号进行预处理，提取特征信号，再利用这些特征进行模式识别。

第三步，转化为控制外部设备的具体指令，实现对外部设备的控制。

道理简单，很早就有人想到了。追溯起来，到现在刚好一百年。

1924年，德国精神科医生汉斯·贝格尔（Hans Berger）首次用贴在头部的电极记录到人类的脑电波（EEG），并命名了α波和β波。这一发现为后来的脑机接口技术奠定了基础。

汉斯·贝格尔 图片来源：文献截图

20世纪60年代末至70年代初，科学家们开始进行真正的脑机接口实验。例如，埃伯哈德·费茨（Eberhard Fetz）在1969年的实验中成功让猴子通过神经元活动控制外部设备，验证了神经系统的可塑性和大脑对外部刺激反应的可能性。这被认为是世界上第一个脑机接口实验。

埃伯哈德·费茨 图片来源：华盛顿大学官网

不过，脑机接口（brain-computer interface，BCI）这个概念的真正提出，最早是在计算机科学教授雅克·维达尔（Jacques Vidal）发表于1973年的论文里。随后，众多科研机构开始了系统性的研究工作，目标是探索其在神经修复、诊断和辅助治疗方面的潜力。

图片来源：论文截图

到上世纪90年代末，菲利普·肯尼迪（Philip Kennedy）开发出早期读取脑信号的装置，尽管精度有限，但标志着脑机接口硬件设计巨大进步。

菲利普·肯尼迪 图片来源：纽约大学官网

进入21世纪，脑机接口研究进入了一个快速发展和应用落地的阶段。随着微电子技术、信号处理技术和神经科学理论的不断进步，脑机接口技术逐渐从实验室研究转向实际应用。

科学家们使用脑电图（EEG）、功能磁共振成像（fMRI）、磁电图（MEG）等多种手段采集并解码大脑信号，使那些瘫痪患者能够通过思考来操作假肢、移动鼠标甚至直接打字交流。

尤其是过去三年，在技术层面，脑机接口的数据传输速度和精确度再次提升，实现了更加复杂和精细的动作控制。同时，信号解读算法的进步使得实时解码用户意图更为准确。

再加上新型材料的研发则促进了生物相容性和稳定性的提高，植入式脑机接口设备能更好地适应人体环境并减少排异反应。

经过一百年的技术累积，脑机接口越来越接近实用了。

02、脑机接口的今天

要说如今在脑机接口技术领域最张扬的，莫过于马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink。这与马斯克的一贯高调有关，但不妨碍这家公司的研究成果货真价实，应用于临床。

图片来源：Nature官网

与两年前让一只猴子通过心灵感应玩电子游戏不同，这次——也是人类历史上的第一次——脑机接口芯片，通过手术被植入了人类大脑中，且这名志愿者目前恢复良好。

据报道，被植入的设备仅有5枚10美分硬币叠在一起的尺寸，却包含了1024个电极。通过特别研发的机器人进行开颅植入。这一技术的精密度和准确性得到充分保障，收集到的脑部信号则由用户端App进行解读，使人类与机器的交互更加便捷和直观。

图片来源：Neuralink官网

马斯克很先锋，并驾齐驱的人也不在少数。

斯坦福大学神经科学家Francis Willett和他在美国BrainGate联盟的同事，共同开发出一种复杂的脑机接口设备。这种设备通过大脑中植入电极来跟踪神经元活动，在经过训练深度学习算法后，可将所获得的信号转化为语音。

图片来源：BrainGate官网

Willett和他的同事使用这套设备，成功帮助一位患有运动神经元疾病，也被称为肌萎缩性侧索硬化症的患者，从无法用语言表达自己，到现在每分钟能说出62个单词。虽然语速偏慢，但这可是一个了不起的成就，最起码能直接交流了。

当然，在该领域，中国科研人员的表现也相当不俗。

2023年10月，首都医科大学宣武医院赵国光教授团队和清华大学医学院洪波教授团队，共同完成了无线微创植入脑机接口NEO的首例临床植入试验，将两枚硬币大小的脑机接口处理器，通过神经外科医生的操作植入高位截瘫患者颅骨中，成功采集感觉运动脑区颅内神经信号。

今年1月30日，联合团队共同宣布，经过三个月的训练，这位患者已经可以自主脑控喝水。

图片来源：宣武医院官网

完全有理由期待更多成果跃然眼前。

03、脑机接口的未来

以目前的应用场景看，未来脑机接口技术在医疗康复、辅助沟通以及娱乐领域的应用会逐渐增多；非侵入式脑机接口产品，如头戴式脑电图设备，在科研和消费级市场也将得到更广泛的应用；脑控式无人机、智能家居设备将会出现，用于情绪监测、注意力训练等设备也会变成寻常物件。

图片来源：BitBrain官网

麦肯锡曾发布研究报告，预测脑机接口在2030-2040的市场规模将突破700亿，峰值有可能高达2000亿美元。从长期看，这项技术有望成为连接现实世界与数字世界的核心技术——这让元宇宙离咱们更近了。

资本对脑机接口的态度也非常直接。仅在中国，自2014年开始，百度、阿里、科大讯飞等公司以投资并购方式入局脑机接口技术，陆续布局线上课堂、在线购物、“虚拟世界”游戏等领域。

应该说，有钱确实好办事。可俗话也说，方向不对努力白费，有些方向性问题仍需关注。

目前脑机接口的通信速率仍较低，在大脑与机器之间建立高效的信息交流通道，所以，实现高性能脑机接口是提升脑机链接效率的关键。

而且，“从脑到机”与“从机到脑”的双向脑机接口技术还需要进一步加强研究。

当然，在实现脑机接口应用的过程中，必要的信息安全措施，也就是对脑活动数据进行有效安全管理的标准规范，也该尽快建立起来。

与此同时，脑机接口要面对的挑战也依然存在，技术上来说就有一大堆。

要知道，人类大脑有800-1000亿个神经元，组成大约100万亿个神经元间连接。哪些信号有用，哪些信号没用，信号之间如何相互作用，我们还知之甚少，这对分析脑机接口采集的数据造成了不小的困难。

图片来源：pixabay

另外，植入式电极在术后有发生免疫反应或感染的风险，电极周围形成神经胶质疤痕组织使神经信号衰减。而非侵入方式虽然降低了手术风险，但获得脑电信号易受外界干扰，所得脑信号质量较差。

还有，当脑机接口被广泛使用时，如何保护我们的个人隐私，如何保障每个人的个人意识不被侵犯和污染等伦理问题，也都亟待解决。

只能说，脑机接口的发展，路漫漫其修远兮，人类仍需上下而求索。

结尾

与很多前沿科技一样，脑机接口到底是普罗米修斯为人类盗取的火种，还是另一个潘多拉魔盒，现在下定论或许为时尚早。

就现在的技术来看，要想复现“黑客帝国”的场景，还有很长的一段路要走。但这丝毫不影响学术界和公众对脑机接口的期待。

无论如何，希望技术终将为人服务，未来的生活也会因技术而变得更好！