在科幻电影中，经常有这样的场景——残疾人可以用机械臂自如地弹唱，失语者可以重新“开口说话”，失聪者能再次听到声音，人类依靠“意念”指挥着庞大的机械……其实，这些神奇的场景并不仅仅是科幻想象，现实中，不断发展的“脑机接口技术”正是要在将来让这些变成现实。
5月29日，在北京举办的中关村论坛的脑机接口创新发展论坛上，与会专家对脑机接口技术的应用和发展趋势进行了讨论。工信部有关负责人在论坛上表示，将把脑机接口作为培育未来产业发展的重要方向。事实上，脑机接口技术已经上升到国家战略，“十四五”规划第一次将脑机技术明确写入需要攻关的重点技术品类中，明确脑机融合是脑机技术的关键。国内也成立了脑机接口产业联盟，目前已经有百余家涉及产业和研究的机构。国信证券认为，随着计算机科学、神经生物学、数学、康复医学等相关学科的不断探索与交叉融合，脑机接口技术正从基础科研走向市场，在医疗、教育和消费品等市场应用潜力巨大。预计脑机接口相关市场规模在2030年至2040年期间可达700亿至2000亿美元。
让人类智能与机器智能协同工作
脑机接口，顾名思义，就是大脑和计算机之间的接口，指大脑与计算机的直接连接。一方面大脑要发出指令实现对外部设备的控制；另一方面外部设备也要不断地给大脑发送各种各样的反馈信息，让大脑及时调整控制策略，维持整个系统的稳定性。一个典型的脑机接口系统包括三个部分：信号采集、信号分析和设备控制。脑机接口系统可以根据脑信号采集的方式，分为侵入式和非侵入式脑机接口；也可以根据脑机接口范式/感觉刺激/采用的信号进行分类，可分为单一范式/单一感觉刺激/单一脑信号的脑机接口和混合脑机接口。
脑机接口的发展源于人类扩展大脑智能的渴望。在可预见的将来，人类智能将与机器智能协同工作。机器的存储和运算能力，配合人脑的思维与创新能力，将以脑机协同的形式开创一个新的未来。1924年，德国医生汉斯·贝格尔首次发现并无创记录脑电信号，开启了人们对大脑与脑机接口的探索。时至今日，近百年的时间里，脑机接口取得了飞速的发展，已被应用于医疗健康、状态检测、智能生活、国防安全等众多场景，被美国、欧盟、日本、韩国等众多发达经济体视作战略级科技。据麦肯锡咨询公司预测，未来10到20年，全球脑机接口产业将产生最多2000亿美元的经济价值。
在中国科学院院士赵继宗看来，目前脑机接口技术需要攻关的三大问题是材料、产业化和伦理。侵入式脑机接口设备最大的问题在于其材料是否安全，是否能长期在人体内而不对神经系统起到副作用，这是脑机接口上游亟待解决的问题；目前各国对脑机接口的研究还是“个案”，现有已产业化的设备距离真正技术应用还有一定的距离；另外就是伦理问题。
脑机接口正不断走向生活
我国也高度重视脑机接口技术发展，已将“脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目。中国科学院也于2022年初成立脑科学和智能技术卓越创新中心。2023年2月，中国脑机接口产业联盟成立，将积极发挥政产学研用桥梁纽带作用，为我国脑机接口、脑机交互、脑机智能领域规划布局提供支撑建议，加强跨领域与行业交流，推动技术创新与应用探索，开展标准和测试研究，培育和构建产业生态，以便更好地支撑我国经济、科技和社会发展。
早在20多年前，清华大学就对于无创脑机接口进行了研究。当时，航天员上天之前，都需要进行耐力方面的特殊训练，目的是使受训者在接受转动、旋转、失重和超重等刺激时，不会发生眩晕和错觉症状。在太空环境适应训练中，航天员训练最多的是离心机，因为离心机高强度的刺激环境，在训练中人常常会来不及喊停便陷入眩晕。来自清华大学的团队负责在离心机实验环境中检测受训人的大脑意识状态，通过脑机接口系统分辨出受训人是否清醒。这种基于脑电状态来评价人的精神状态，并基于用户需求给予特定反馈的技术，形成了多类应用——开发更为轻便的可穿戴设备，应用在冥想、放松、睡眠等健康场景以及专注力、智能玩具、艺术装置等教育或消费类场景中。
国内的脑机接口应用医疗健康研究也如雨后春笋般兴起。值得关注的是，2018年，清华大学脑机接口团队为一位渐冻症患者设计了一套中文输入的视觉脑机接口系统，帮助这位渐冻症患者完成脑控打字的任务。迄今为止，这套全国产化高舒适度高速人机交互新模式系统，仍牢牢保持高速率脑机接口技术世界第一的纪录。这套系统基于稳态视觉诱发电位技术开发，其原理是通过一定频率闪烁的目标对实验者的眼睛进行刺激，再根据大脑视皮层响应的特定脑电信号来判断实验者看到的是哪个闪烁频率的信号，进而通过脑电算法解码成相应的操作指令。在脑机接口的研究范式中，稳态视觉诱发电位技术具有短交互、高准确度、安全性高、应用面广等优势。如今，这一技术已经在车载、医疗、智能装备、元宇宙等与国民经济息息相关的重要行业走向应用。
残障人士的医疗辅助与康复也是脑机接口的重要应用方向，在智能仿生手领域，国内专家已开发出脑机接口手功能康复训练系统，通过与人工智能算法高度整合，将脑机接口与外骨骼机器人有机结合，通过采集、处理人体脑电神经信号实现动作控制。使用者可通过“意念”控制外骨骼机械手，带动瘫痪手部进行训练，也可做出各种复杂动作，帮助使用者实现肢体康复训练。这项应用对运动技能衰退的中老年人、脑血栓引起的运动障碍、中枢及外围神经病变患者、断肢移植、皮肤移植造成的感觉功能障碍等人员具有很好的前景，可帮助患者重获对躯体的掌控，自信面对生活。
在数字世界与现实世界无缝切换
在2023年中关村论坛的展示区，来自博瑞康、华脑技术、柔灵科技、臻泰智能等多家国内脑机领域企业带来了自己的产品，包括脑控打字系统、脑控复健设备、辅助睡眠的脑机设备以及能够监测佩戴人精神状态的安全帽等等。
在脑控打字体验区，工作人员戴上贴满金属片的头罩后，专注地盯着模拟键盘，其想要打出的相应字母就会出现在页面上。“跟霍金使用的设备差不多，只不过霍金的设备是眼控，而这台是脑控，真正的‘意念控制’。”博瑞康的工作人员表示。
不过，相比于炫酷的“意念打字”，其他的脑机应用已经让部分人感到了科技的力量。“通过一个安全帽，后台可以监控到疲劳度、专注度、清醒度等多个指标，对于生产安全有很大帮助。”华脑技术创始人唐再汐表示，“主要会运用到一些高风险、密闭性强的行业中。对于工作人员的安全实时提醒，还能避免疲劳操作导致的隐患。”目前，这套系统已经用到了北京地铁13号建设中，未来还将应用到西藏地区的公路修建和煤矿开采等领域。此外，北京理工大学提出来的“无人搜救脑控多域机器人系统”，可应用于灾害搜救等场景。
在未名脑脑科技的创始人高妍看来，脑机接口是脑病治疗的基础技术，是诊疗的基石。由于抑郁症、阿尔茨海默氏症等均属于大脑疾病，如何找到大脑疾病的病变部位极为关键。高妍表示，在大脑中，1000多亿个神经元，形成100多万亿个神经元连接，这让“读懂”大脑成为世界性难题。而且对于现有的医学领域来说，脑病的研究靠传统的方式也非常困难。“通过数字、生物组学和行为组学等标志物来发现患者到底是脑部哪里出现了问题，我们叫多维多组学数字靶点。但是医生无法去研究患者的大脑，我们再靠数字‘复刻’这个脑的情况，用脑疾病数字孪生来协助医生诊断。”在高妍看来，脑机接口、AI智能和大数据运算等都是未名脑脑科技为了精神疾病精准诊疗所需的上游产业。尹 颖 整理