脑机接口，冲破牢笼的曙光

陶恺

動画片《爱、死亡与机器人》里主角通过头戴式设备用意念操控怪兽

想象这样一种未来：无需动身，通过一根线缆连接大脑，就能肆意地在数字世界里遨游；不必真的做出动作，只在大脑中“想一想”，就能指挥机械臂控制物体；甚至，对于因疾病失去光明、无法行走的肢体残障人士来说，还有机会重见光明、重新行走……

这个“未来”正随着科技的进步逐渐靠近我们的生活，这项被称作“脑机接口”的技术，正让上述这些不可思议慢慢变成可以期待的现实。

脑机接口

脑机接口，顾名思义，是人或动物的大脑或神经系统，与计算机等电子设备之间，用电路、硅芯片或其他外部设备作为“接口”，对大脑信息进行输出、执行。

人的大脑结构极为复杂。除了我们能够摸得到的头发、头皮和存在感很强的颅骨之外，还有硬脑膜、蛛网膜、软脑膜这样的薄膜组织以及最重要的大脑皮质层，它们被分为多个区域，有的负责处理运动，有的负责处理听觉、视觉，有的负责处理感官，有的负责语言、思考……脑机接口技术，便是通过获取这些不同区域大脑皮质层发出的信号，对其进行科学处理后实现的。

一般情况下，脑机接口技术首先通过信号采集设备将大脑皮层中的信号放大、转化，收集尽可能多的、有用的信息，再进一步进行信息分析，处理信号中出现的干扰。比如采集环境中的电磁干扰、被采集者的眼动伪迹等。最后，将分析后的信息进行再编码，“翻译”成计算机或其他外部设备能够读取的语言。

例如，如果想要通过脑机接口控制机械臂为自己“隔空取物”，在采集信息、处理信号之后，就要将其编码为机械臂的运动程序，这样，机械臂才能既识别、执行人类大脑中的“拿起”信号，又可以准确进行移动、用合适的力度“拿捏”物品。

实现脑机接口的完美操作，信号采集的准确性是成功的基石。不过，和科幻电影中展现的“脑后微创植入芯片”的平静场景不同，真实世界的脑机接口有非侵入式、侵入式和半侵入式三种方式，它们有各自的优点和短板。

非侵入式只需要“戴个帽子”就好，可以避免对被采集者肉身造成伤害，但因为隔着颅骨，这顶“帽子”能够接收和记录到的信号强度、分辨率都不算太高，有时甚至无法确定是哪块区域在“放电”。此外，这对被采集者的专注、思考的方式也提出了很多要求，需要进行大量额外的专业训练。

侵入式则是进行一场并不平静的“开颅手术”，将电极直接植入大脑皮质层，如此能够一步到位获得高质量的信号，但也会对被采集者造成诸多难以预估的伤害。

半侵入式则取上述二者的“中间态”，将接口植入颅腔与大脑皮质层之间，信号比非侵入式好一些、伤害又较侵入式浅一些。

寻找“微创”

不要小看这些进退两难的技术拉扯。1924年，德国精神科医生汉斯·贝格尔发现了脑电波的存在，进而发觉脑中的“意识”可以转化为电子信号、被外部设备读取之后，脑机接口技术从猴子实验开始，不断突破人们对这项技术的想象。

1969年，研究员将猴子大脑中的神经元与一个仪表盘连接，如果猴子能用“思考”的方式让仪表盘指针隔空转动，它就可以得到食物奖励，在奖励之下，这只猴子学会了如何控制神经元“发作”，进而转动仪表盘指针，这让人们对脑机接口的想象有了灵长类动物的实验依据。

到了2016年9月，斯坦福大学神经修复植入体实验室的研究员们为两只猴子植入脑机接口，通过训练，其中一只猴子用大脑控制在1分钟内打出了10个单词，科幻叙事感十足。2023年5月初，南开大学教授段峰带领的团队，成功完成了全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验，实现猴子对机械臂的主动控制。

除了从简单的转动到能够“说话”和“行动”的进步，各国研究者也在尽力破解脑机接口采集信息过程中的“进退两难”：如何尽可能微创地获取更多的精确信息。

2019年7月，马斯克曾召开发布会宣布自己的脑机接口公司Neuralink找到了更高效、微创的接口方法：用一台神经手术机器人在28平方毫米的脑部面积上植入96根4—6微米的细线，与此前的侵入式、半侵入式相比，这项技术对大脑的伤害更小，一次性能够传输的精准数据也更多。

如今，中国科学家更是通过介入手术的方式，将介入脑电传感器贴附在猴子的脑血管壁上。这样，无需进行开颅手术，便能够精准采集到颅内脑电信号，较2019年马斯克公司植入多根细线的方式也更为便捷，对介入式脑机接口从实验室向临床应用迈出了重要的一步。

超越肉身

如此颇费周章地为微创想尽办法，如此真挚地为“批准人体实验”感到欣喜，是因为脑机接口听来炫酷，看起来属于科幻与未来，但回归技术的本质，脑机接口的每一次进步，意味着许多困于身体疾病桎梏的人新增一丝希望。

1978年，视觉脑机接口为一名盲人在视觉皮层植入68个电极，通过连接一台采集视频的摄像机及配套信号处理装置，他能够在一小块视野内看到低分辨率、低刷新率的点阵图像。虽然彼时开颅手术风险极高、“看到”的影像视野、真度都有限，但无论如何，脑机接口为盲人黑暗的生活带来了光明。

2005年，运动皮层脑机接口用侵入式的方式为一名四肢瘫痪的患者在运动皮层对应手臂、手掌的区域植入96个电极，他可以通过“想一想”的方式完成操纵电脑光标等活动。

在本来需要健全体魄的运动竞技场上，脑机接口也在逐渐实现肢体残障人士运动的愿望。

2012年，在巴西世界杯上，身着“机器战甲”的截肢残障人士，用脑机接口配合机械外骨骼踢出第一球；2016年，世界第一届Cybathlon半机械人运动会举行，残疾人运动员通过脑机接口技术完成动力假肢竞赛、外骨骼驱动竞赛、脑机交互竞赛等比赛；同年10月，一名瘫痪人士利用脑机接口操纵机械手臂与时任美国总统奥巴马进行了“握手”——瘫痪的病人首次借助脑机接口恢复了知觉。

2023年，在马斯克的脑机接口公司获得人体实验资格前，一家总部位于美国犹他州盐湖城的脑机接口公司通过招募志愿者的方式获得了50名有肢体损伤、神经损伤的患者。其中，一名20年前不幸遭遇车祸、严重脊柱损伤的患者不仅通过脑机接口技术完成了控制机械臂的动作，还在植入物的引导下实现了“通过皮质内微刺激的感觉反馈”。

植入脑芯片、穿戴“机器战甲”的时候，这些被残破肉身困住的人，终于有机会借助科技的力量冲破无形束缚着自己的牢笼。

除了替肢体残缺者“插上翅膀”，脑机接口也可以用于治疗那些看不见摸不着的神经系统疾病，比如癫痫、抑郁症甚至帕金森综合症。以植入芯片、电极的方式，刺激调节大脑的特定区域对患者的病症进行改善。2023年3月，福建医科大学附属协和医院为一名35岁的癫痫患者完成了一例基于脑机接口的“闭环自响应神经刺激系统植入手术”。通过后续治疗及训练，这名患者将有可能彻底告别癫痫对自己人生的缠绕，拥有普通而正常的生活。

面对未知的疾病、精细繁杂的人体结构、不可预测的未来，包括脑机接口技术在内的科技，正在世界各国研究者的努力下踽踽前行，用知识与智慧做一件应对庞杂情况的“战甲”，让渺小的肉身能有尊严、有质量地走向光明的未来。

（摘自《看世界》）