【科学强国】探秘黑科技“脑机接口”技术

　　《自然·人类行为》在其最新一期刊物上，发表了一项关于脑机接口（BMI）技术的最新研究成果。有望让失去语言能力的人“说话”：脑机接口实验首次实时解码人脑言语信号。

图源：央视新闻

　　1973年，美国加州大学雅克·维达尔发表的一篇文章中首次提出“脑机接口”概念，距今已走过50多年。而脑机接口技术，也从最初的科幻影片中出现的画面，到如今应用在医疗领域帮助患者通过脑部控制实现治疗、康复等功能，为瘫痪病人、癫痫病人等患者的生活带来惊喜，提高他们的生活质量。

　　什么是脑机接口？

　　脑机接口，指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。这一概念其实早已有之，但直到上世纪九十年代以后，才开始有阶段性成果出现。

　　脑机接口是一种在脑与外部设备之间建立直接的通信渠道。其信号来自中枢神经系统，传播中不依赖于外周的神经与肌肉系统。常用于辅助、增强、修复人体的感觉–运动功能或提升人机交互能力。

　　50年间，碳基生命与硅基生命的融合走出了一条几何级数的上扬曲线。近年来，脑机接口更是进入了技术飞速发展期，并受到资本的热烈追捧。

　　2023年，科学家们开发了可以将神经信号转化为接近正常对话速度的语句的脑机接口。全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功，促进了介入式脑机接口从实验室前瞻性研究向临床应用迈进。随着脑科学、人工智能和材料学的发展，脑机接口技术的不断进步，它将在提高患者生活质量、促进个性化和精准化医疗方面发挥重要的作用。

　　近年来，脑机接口在医疗领域的突破越来越多。

　　2023年6月，复旦华山医院研究小组首次公布了面向汉语的人工神经网络学习方法。该团队采用高密度皮层脑电技术（high-density ECoG）设计了一个适用于汉语的模块化的多流神经网络模型，可从颅内记录中分别解码词汇音调和基本音节，并组合生成语音。为未来“植入式汉语言脑机接口”提供了针对汉语声调独特性的解码分析方案。

　　2024年1月，由首都医科大学宣武医院教授赵国光团队、清华大学医学院教授洪波团队共同宣布，全球首例植入式硬膜外电极脑机接口辅助治疗颈髓损伤引起的四肢截瘫患者行为能力取得突破性进展，患者通过大脑硬膜外芯片植入实现自主脑控喝水。患者于2023年10月接受脑机接口手术。

图源：央视新闻

　　2024年3 月，由埃隆·马斯克创立的脑机接口公司Neuralink 对其首位脑机芯片植入受试者诺兰・阿博（Noland Arbaugh）的近况进行了直播，并表示这位四肢瘫痪的男子已经能够通过意念玩游戏，例如《文明》、国际象棋。根据诺兰与 Neuralink 的协议，他会在植入设备后1年内向公司提供数据，之后他们会讨论下一步是否要停用或者移除设备。

　　然而，5月9日，Neuralink 在一篇博客文章中写道，该公司为首位人类患者植入的设备出现了机械故障，好在他们通过一系列软件修复措施，现在已经超越了诺兰的“初始性能”。

　　对此，从事脑部植入物研究的圣路易斯华盛顿大学医学院神经外科医生埃里克-勒萨特（Eric Leuthardt）表示，工程师和科学家们没有意识到的一点是，大脑在脑内空间的移动程度有多大，仅仅是点头或突然移动头部就会导致几毫米的扰动。另外一个潜在的问题是，由于动物的大脑较小，电极不会像在人体内那样移动。尽管 Neuralink 已经在动物身上进行了广泛的测试，但终究与人体实验不同。

　　深圳华大生命科学研究院脑科学主任科学家、研究员刘石平在接受媒体采访时表示，目前的脑机接口(BMI)技术还处于研究初级阶段，为了安全性，参与者应该保持公开透明的研究态度。

　　刘石平认为，当前限制BMI技术发展的一个重要因素可能还在于人们尚无法理解大脑的工作方式。因此，BMI真正的重大突破应该是基于神经生物学上对大脑工作方式理解的突破，继而对BMI软硬件工作方式进行革新，使得它与生物大脑的工作方式更相似。

　　作为一项新兴技术，脑机接口在快速发展的同时也面临巨大争议和挑战。有观点认为，虽然借助脑机接口技术“重塑”人脑的说法有些过于激进甚至为时尚早，但一些专家正敦促国际和国内社会制定和遵守相关法律法规，明确技术的边界和限制。同时，要建立健全的伦理框架和道德准则，引导脑机接口研发者和使用者在实践中采取正确的行为。

　　作为一项新兴技术，相信随着技术的进步，未来的脑机接口技术将更加成熟，有望在医疗、康复、工业等更多领域发挥巨大的作用。

　　（综合整理自科学网、北青网、环球网、科技日报等）

　　作者：李熙

　　编辑：赵狄娜

　　审核：龚紫陌