腦機接口“接入”未來

《黑客帝國》中，基努·里維斯將“武功秘籍”上傳大腦，秒變功夫高手；《盜夢空間》中，萊昂納多·迪卡普里奧通過腦機接口設備潛入他人夢境中的潛意識；《流浪地球2》中科學家進行數字生命實驗，通過連接大腦的電極片，將思維意識上傳到計算機，從而讓人永生；《阿凡達》中，人類以腦機接口技術實現意識向人形機器人的轉移，獲得在異星自由活動的權利；《明日邊緣》中湯姆·克魯斯則依靠腦機接口操控外骨骼戰斗……這些雖然是科幻電影的橋段，但在現實中，人與計算機的互連對接已經成為可能，腦機接口正在逐漸走進日常生活，把我們“接入”未來。

腦機接口究竟是什么？

十四年前，一場車禍令老楊頸椎處脊髓完全性損傷，ASIA評分為A級。這是脊髓損傷最嚴重的一級，意味著損傷部位以下的運動和感覺功能完全喪失。

脊髓就像意志與感覺的主干道，連接著大腦與軀干。這條通路的損毀，意味著大腦與軀干的“失聯”，感覺無法傳入大腦，想法也無法從大腦的“司令部”下達給肢體。對老楊來說，即便是想要喝水這樣簡單的需求，也只無法靠自己實現。

但在清華大學及首都醫科大學宣武醫院的腦機接口技術幫助下，十四年后，老楊終于憑借一支連接了他本人腦電波信號的氣動手套，再度抓握住一瓶水，并送到了自己的嘴邊。由此，他又產生了新的憧憬：未來，能自己親手點燃香煙——過去的十四年里，如果他煙癮犯了，妻子會替他點燃一支，然后放進他的嘴里。

在全球范圍內，近幾年來，“腦機接口”這個名詞因美國企業家馬斯克的高調參與，在公眾面前混了個眼熟。2024年也是人類大腦電波被發現100周年，在這個頗有意味的時間點，以腦電波信號為基礎的腦機接口技術在國內外的不少臨床試驗中迎來了突破性的

進展——

1月30日，清華大學宣布，其使用博睿康的國產腦機接口產品NEO與首都醫科大學宣武醫院合作，成功完成了全球首例無線微創腦機接口臨床試驗（即前文提到的老楊）；5月4日，由南開大學段峰教授團隊牽頭的全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京取得成功；5月25日，馬斯克參與創辦的腦機接口企業“神經連接”公司宣布已獲美國食品和藥物管理局批準開展人體試驗；11月，上海首例腦機接口臨床試驗植入手術在華山醫院完成……

隨著科技的飛速發展，腦機接口已被視為下一個生命科學和信息技術交叉融合的主戰場，將那些科幻片中的大膽設想變為現實。

那么腦機接口到底是什么？

通常來說，它指的是一種在大腦與外部設備間創建全新信息交換通路。一方面它可將大腦信號轉化為機器可識別的信號，實現對機器的有效控制；另一方面，它也能把外部設備信號轉化為大腦可識別信號，從外部對大腦進行直接干預。

南開大學人工智能學院教授段峰認為，腦機接口的發展可以目前分為學術探索、科學論證、推廣期這三個階段。他介紹說：“從最開始即腦電波、α波和β波被發現的1924年，到1970年之前，是學術探索階段；1970年到2000年左右是科學論證階段，業界開始出現各種腦機接口系統；2000年以后尤其是2014年世界杯上人通過控制機械外骨骼開球，到了應用推廣的階段。”因此，腦機接口技術的發展可以說是一個不斷從科幻走向現實、從動物實驗走向人體實驗、從實驗室走向臨床和家用、從醫療領域走向其他領域的過程。

三條技術路徑

老楊是在2023年10月24日接受的手術。在手術臺上，他的顱骨被鑿開一個小孔，置入了兩枚硬幣大小的腦機接口處理器。手術后10天，老楊出院回家。居家使用時，體外機隔著頭皮給體內機供電，并接收腦內的神經信號，傳送到電腦或者手機上，實現腦機接口通信。

老楊的整個手術過程經歷了比普通手術復雜得多的設計與環節。2023年4月，這項無線微創腦機接口的臨床試驗在宣武醫院進行倫理審查。審查的核心在于權衡受試者的獲益與風險。

規避風險是手術設計時參與者考慮的首要問題——人腦有著層層包裹疊加的解剖結構。從頭皮往下，分別要透過顱骨、硬腦膜、蛛網膜、軟腦膜等組織，才會抵達腦組織。而若是想要更好地捕捉腦電波信號，或者給予更精準、更有針對性的信息反饋，那處理器就需貼近腦組織。然而，即便將開顱手術自身的風險放到一邊不談，大腦本身也可能因處理器的植入而受到損傷。

因此，放眼全球，不同的公司在設計處理器放置位置時有各自的考量，也由此產生了各類不同的產品。

據了解，目前，根據接口方式不同，腦機接口的技術路徑分為侵入式、半侵入式和非侵入式，而老楊最終采用的是侵入式。

顧名思義，三者間的差異主要在于接口（即電極片與處理器）所處的腦部位置。

侵入式腦機接口需要通過神經外科手術將設備直接植入大腦組織中。這使得它們能夠捕捉到最高質量的信號，從而實現更精細的控制。然而，這種類型的接口風險最高，包括感染、排異反應以及潛在的神經損傷等問題。通過手術將電極植入大腦皮層，以獲取更加精確和高分辨率的大腦信號，但這種接口類型手術風險也較大，目前通常用于神經科學研究或臨床試驗中。

半侵入式腦機接口介于非侵入式和侵入式之間，通常將設備植入到頭骨下方，但不進入大腦組織。這樣的位置可以讓設備更接近大腦，從而捕捉到更清晰的信號，同時減少了一些與完全植入相關的風險。

非侵入式腦機接口又叫腦外接口，這類接口在操作時不需要進入大腦組織。它們通過使用電極帽或其他外部設備來捕捉大腦表面的電信號，如電腦圖（EEG）。這種方法風險較低，但由于信號較弱，所以只適用于一些比較基礎的應用，比如注意力方面的應用。

能治愈肢體，也能治愈情緒

三種不同的接口方式，賦予了腦機接口技術廣闊的應用場景。

在醫療領域，清華大學、華山醫院等在以腦機接口技術讓截癱病人“動”起來上跨出關鍵一步，而除了這些可見的肢體“治愈”之外，該技術也正被引入對抑郁、自閉、睡眠障礙等神經系統疾病的診治。

2020年，上海瑞金醫院功能神經外科中心主任孫伯民啟動了一項名為“腦機接口治療難治性抑郁癥”的臨床研究，無數篇有關“情緒開關”“一按就快樂了”的報道讓研究迅速走紅。難治性抑郁，在抑郁癥患者中占約30%，它通常指使用兩種以上抗抑郁藥物，接受足量、足療程治療后仍未緩解的情況。而腦機接口研究的進步，能大大提高許多疑難神經、精神疾病如帕金森病、肌張力障礙、強迫癥、抑郁癥、精神分裂癥以及酒精依賴等的研究和診療水平。

事實上，“情緒開關”背后的科學原理并不是那么不可思議。

據孫伯民醫生介紹，人的大腦有很多神經環路，其中一些被證實與情緒、情感、行為活動相關。通過手術，醫生將兩個電極植入大腦相應神經環路，并在胸腔右側埋入起搏器，術后，醫生用設備遠程操控電極釋放電流，刺激神經核團，調控因病變而紊亂的大腦神經環路，從而改善抑郁癥狀。通過帶有腦機接口功能的起搏器，記錄電生理信號，經過人工智能分析，成為醫生研究抑郁癥發病機制和調節電刺激參數的依據。

“在未來，腦機接口將不僅僅是一種治療方案，它會重塑人類看待情緒和情緒病的方式。”他這樣說。

除了這種侵入式的治療方式之外，使用非侵入設備同樣也對情緒病治療有效果，易昊翔和他的回車科技亦是這條前沿探索之路上的一分子。

回車科技成立于2014年4月，總部位于杭州，是一家專注于非侵入式腦機接口技術的公司，擁有70多項專利，同時也是目前國內唯一實現腦機接口產品硬件、軟件和算法全流程國產化的企業。

在浙大求學期間，學習生物醫學工程的易昊翔對把腦科學與信息技術相結合的學科融合產生了濃厚的興趣，因而，回車科技可以說是一家從浙大的實驗室里孵化出來的企業。

作為回車科技創始人兼首席執行官，易昊翔像所有前沿科技創業者一樣，懷揣這以技術造福人類的美好愿景，“我們希望正在落地的數字療法，最終能通過技術創新去造福整個社會”。

2023年，回車科技的“多模態生物反饋VR一體機”拿到了治療失眠癥的醫療許可證。相關數據顯示，中國患有焦慮障礙的人群超過1億人，面對這些精神障礙患者，常規診斷方式往往是依據患者自主填寫的量表，但這存在誤診率和漏診率高以及嚴重依賴醫生經驗等問題。在治療方面，患者大多通過醫生一對一的心理咨詢或藥物進行治療，存在費用負擔高、藥物副作用和長療程等問題。但若是使用多模態生物反饋VR一體機，卻能為患者省下大概一半的費用。

易昊翔向筆者介紹了這臺儀器的用法：當患者佩戴該設備問診時，醫生能通過多態生物反饋VR一體機觀察到其腦電波的波動情況，以判斷這名患者的精神狀態。當開始治療時，這款一體機便會播放認知行為療法、呼吸訓練、催眠音樂等相關內容。然后機器會監測患者的腦電波，并對其進行分析。這個過程中，醫生可通過屏幕實時看到病人注意力、放松程度、壓力水平、愉悅度等9個指標狀態的數值變化。而在診療結束后，監測儀器會導出該病人的數據，并自動生成一份分析報告，這份報告可以輔助醫生制訂適合該患者的下一步治療方案。而且，臨床數據顯示，在抑郁癥和強迫癥治療上，目前患者分別采用數字療法與藥物治療，兩者的治療效果相差無幾。

他表示，公司目前的產品廣泛應用于教育、睡眠、心理健康、軍事訓練、安全生產和玩具娛樂等多個領域。其核心產品“情感云”計算平臺能通過可穿戴式的智能硬件（如頭環、虛擬現實設備等），匯集起大量數據并優化算法，促進整個行業的產品迭代。這就好像是特斯拉的自動駕駛系統，依賴全球數百萬輛車積累下來的真實數據和多樣化的駕駛場景，包括復雜的道路和氣候條件等，幫助其自動駕駛技術不斷優化算法。

“讓健康人變成超人”

在易昊翔看來，讓病人變成健康人，這只是腦機接口技術改變生活的第一步，在走出這第一步之后，它還將實現第二步——讓健康人變成“超人”。

在電影《流浪地球》系列中，觀眾已經在不知不覺中，近距離接觸了一種能讓健康人變成“超人”的腦機接口設備——人體外骨骼。

“外骨骼”一詞最初來源于生物學，g7//ng3DcZopvteeMX596ailUmHQApjyfLIMGBU64As=指的是昆蟲、甲殼類動物的身體外部具有的堅硬支撐結構。這種結構為動物提供保護和支撐，人體外骨骼的設計靈感部分來自于此。

在電影中，無論是建筑施工的工人，還是搬運裝備的勤務人員，再或者執行戰斗任務的軍事人員，外骨骼都是不可或缺的裝備。這類設備可以通過捕捉肌電流和腦電波，幫助人類獲得“超人”的力量或運動能力。比如一個人本來能負重50千克，但在外骨骼的幫助下，他也許可以輕松負重上百千克。

事實上，外骨骼并不是科幻電影的專屬，在現實中，它已經運用在軍事、搶險救災，以及工業生產活動中。人和外骨骼的結合，一方面讓人彌補了體能、耐力上的弱點，一方面又讓機器變得更加智能靈活，達到了取長補短的效果。可見，腦機接口技術作為新質生產力的代表性領域之一，正在逐步重塑社會生活方式。

北京鐵甲鋼拳科技有限公司便自主研發了一款柔性機械外骨骼系統，公司創始人兼CEO王潮表示，目前外骨骼一般從控制系統方面可分為兩類，純人力做功外骨骼和人機共同做功的外骨骼。前一種就像一臺“穿戴型挖掘機”，沒有任何智控系統，工作時基本上是單純從人的身體上收集信號，然后做力的放大。而后一種外骨骼具有一定的智能系統，能識別人的運動信號、判斷人的運動意圖，然后和人協同做功。因此，外骨骼實際上是一種“可穿戴的機器”。

易昊翔則介紹說，外骨骼不光能“助力”，還能“添翼”。通過腦機接口技術，人類可以利用腦電波同時操作多個外骨骼，就好像是變成三頭六臂的哪吒，在同樣的時間里，完成更多的事。

意念駕駛

汽車作為交通工具，能提供快捷的出行方式，提高人們的生活質量，但同時也容易因行駛的安全隱患引發相應的經濟、社會問題。

據世界衛生組織統計，全世界每年因交通事故導致死亡的人數約有135萬人，間接引發的非致命傷害人數可達5000萬人，許多國家每年花費約3%的國內生產總值用于處理車輛帶來的道路交通事故。

如今，隨著腦機接口技術的發展，用人類自身的意念來駕駛，或可成為未來司機們的“神助攻”。

有別于無人駕駛利用定位、環境感知和計算機等設備，讓汽車智能行進，“意念開車”指的是駕駛員念頭一起，汽車就自動實現指令。

2020年8月28日，埃隆·馬斯克曾在新聞發布會上表示，腦機接口的終極潛力幾乎是無限的，例如可以用“意念”召喚一輛自動駕駛中的特斯拉汽車。

事實上，“意念開車”不僅能召喚一輛車，它能實現的還有更多。早在2015年，我國的“腦控汽車”已在南開大學開跑。

2015年7月15日，南開大學進行了一場實驗。實驗員頭戴裝有16個采集點的腦電信號采集設備，通過腦電信號對一輛裝有計算機處理系統、車載電控單元等裝置的汽車“發號施令”。汽車在人腦的操控下能夠準確執行啟動、直線前進、直線倒車、剎車、車門上鎖或解鎖等規定指令。

這項“腦控汽車”研究由南開大學計算機與控制工程學院段峰團隊與長城汽車共同合作完成。段峰說，技術前景值得期待，首先可應用于肢體殘疾人士的駕車；同時，因為需要正常的“意念控制”，車輛才能正常行駛，這項技術也可運用到保障行車安全領域，例如預防酒駕等。

2021年12月，國防科技大學的一件專利《一種基于腦機交互的車輛控制方法及裝置》獲得授權，將腦機接口與智能汽車結合了起來。能通過腦機交互，實現超車、跟車、左轉、右轉、環道等變換復雜的駕駛環境。

2023年10月，中國第一汽車股份有限公司申請的《“一種路況適應性的確定方法、裝置、車輛及存儲介質”》專利公布。該專利涉及智能控制技術領域，方法包括：在車輛行駛過程中，獲取當前時刻駕駛員的腦電信號，獲取路障檢測傳感器在當前時刻的檢測數據，識別腦電信號得到由駕駛員判定的路況信息，分析檢測數據得到路障檢測傳感器的可靠性信息，基于路況信息和可靠性信息確定腦機接口對路況的適應性結果。該申請可以提升對智能車輛腦機接口安全性測試效率，從而提高腦控車輛運行的安全性和可靠性，還可以為腦控車輛在實際道路上的部署應用提供有效技術支持和理論支撐。

腦機接口技術在駕駛安全中的應用也受到了學術界的關注。

2024年3月，來自上海腦科學與類腦研究中心、西北工業大學、北京理工大學與韓國浦項科技大學的研究人員在學術期刊《交叉腦科學》（Brain-X）發表論文，提出4種同步腦電信號和肌電信號的混合腦機接口策略，稱可實現車輛高速行駛時對駕駛員復雜剎車意圖的檢測。

該論文稱，相比于駕駛員正常的剎車反應時間，其“腦控剎車”模型實現了高于250 毫秒的提前檢測時間，由此可帶來將近8米的安全距離，從而減少交通事故的發生。

前沿科技挑戰多

雖然腦機接口技術已經在臨床醫療實驗上得到了不少可喜的結果，但作為一項還在前沿探索階段的技術，它依然存在不少難點。在易昊翔看來，技術上的難點主要集中在三個方面。

首先是信號采集方面。

非侵入式腦機接口通過附著在頭皮上的穿戴設備來記錄和解讀大腦信息，雖安全性高，但易受顱骨和噪聲干擾，信號質量和分辨率低，只能處理簡單的二分類任務，如搖頭、眨眼等動作都會使信號混亂，且人類對于腦電信號的解析能力有限，目前在特定應用場景（如睡眠監測和干預）有一定優勢，但在更多復雜應用場景中受限。

侵入式需通過手術將電極植入大腦內部，可獲得最高質量的神經信號，但存在較高安全風險，可能引發并發癥，如感染、免疫反應等，還可能因電極移動造成腦損傷。而且電極材料需在感知并傳輸電信號的同時，會引發人體強烈排斥反應，會在植入的設備上結成一層“覆膜”，致使鏈接點失效，所以保證長期安全和有效性是難點。

其次是信號解讀方面。

人類大腦擁有約860億個神經元，其運作機制極為復雜，人們對大腦高級功能如情感、記憶、疼痛等的了解還非常少，對神經系統復雜的運作機制認識有限。雖然能采集到腦電信號，但如何解讀這些數據龐大的“大腦話語”，并翻譯為機器能讀懂的代碼是巨大挑戰。

大多情況下，大腦會同時發出多條指令，而隨著技術發展，可采集到的腦電信號數據量也越來越龐大。因此設備所能采集到的毫秒級電信號就像“天書”，要將其轉化為機器可執行的指令，如控制外部設備執行動作（如開關瓶蓋等），需要深入研究信號所代表的具體含義和模式都需要經過大量的反復實驗，并動用算力超強的計算機，以提高算法的準確性、效率和適應性，以應對不同個體、不同大腦狀態下的信號解讀需求。

最后是材料技術方面。

腦機接口中涉及的材料技術主要分為兩方面。一是材料的生物兼容性，植入大腦的材料可能引發排異反應，導致采集的信號衰減等問題，如何提高植入材料的生物兼容性，使其在長期植入過程中能與大腦組織良好共存，且不影響信號采集的穩定性和準確性，是需要解決的重要問題。二是材料對腦電波的傳導能力，一般來說金屬對腦電波的傳導性是最強的，尤其是金，但若是使用金，一來造價成本過高，對設備普及造成困難；二來導致外置設備重量過重，佩戴不適。因此，研究者也在嘗試織物類材料來制作頭環、腦電波帽等，但織物類又存在損耗快的劣勢。總之，材料技術上的難題也是亟待突破的。

此外，腦機接口技術的發展和克隆技術一樣，同樣引發了一系列科研倫理問題，如隱私保護、人類自主性、潛在的濫用風險等。當腦電波被感知、記錄，人的思維可能處于全面暴露的風險之中，如何確保個人隱私安全是一個關鍵問題。另外，對于腦機接口技術在人類認知、心理和精神方面的調控作用，以及可能對社會公正和公平產生的影響，需要深入探討和規范。例如，是否應該允許通過腦機接口移植記憶來解決學習問題，這涉及教育公平和人類自身發展的倫理考量。

對此，易昊翔認為，大可不必將腦機接口技術視為潘多拉的盒子。“我始終覺得，技術沒有好壞，而在于使用它的人。我們放眼歷史，從蒸汽革命開始，技術從大的方向行來說，一直都在推動人類文明的發展，當中出現的一些問題，正是需要通過法律法規、行業規范，還有道德等方面的約束和引導。”

事實上，為了促進腦機接口、人—非人動物嵌合體等領域的規范研究，2024年2月，國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會和生命科學倫理分委員會已經分別研究編制了《腦機接口研究倫理指引》和《人—非人動物嵌合體研究倫理指引》，供相關科研機構和科研人員參考使用。

普及或在下個十年

據了解，工業領域是除醫療領域外，目前應用最廣泛的一個領域，像采礦、基建、石油石化、電網建設等都可以應用，以提高施工安全性和效率。把腦機接口硬件嵌入到日常的安全帽里，作業時可以通過這個安全帽進行預警和干預，實時對精細化操作的工人進行狀態分析，根據其狀態給予及時干預，避免由于狀態不佳出現操作失誤，造成重大損失；另外，通過對工人身體狀況進行實時監測，避免其身體狀態急劇下降出現傷亡。

腦機接口在開礦方面的應用也將在一定程度上降低礦難的發生。未來，像礦山這種高危場景，將是腦機接口工業領域應用的一個主戰場。

此外，駕駛領域也將被惠及。腦機接口可以對司機狀態進行實時識別，以及預警干預，在出現風險隱患時，就提前通知到人。

腦機接口能夠幫助提高學習效率，盡管目前還沒有廣泛應用，但將腦機接口用于發掘人腦潛力是值得期待的。且研究證明，腦機接口對于運動員的專注力訓練很有效。

健康人使用的場景最多還是打游戲，主要是靠腦機接口增強人的認知和感官能力，來實現游戲控制。隨著技術的不斷突破和應用場景的不斷拓展，腦機接口技術有望實現大規模應用。

因此不少從業專家認為，預計未來十年內，隨著技術的普及和成本的降低，腦機接口技術也將逐漸進入普通人的日常生活，為人類帶來更加便捷、智能的生活方式，成為普通人可以使用的技術，成為由我們思維控制的重要輔助設備，像使用手機、電腦一樣方便。

不過，技術的普及和成本降低也并非易事。以醫療用途的腦機接口設備為例，想從實驗室里的樣品成為工廠里的產品，那需要獲得醫療器械注冊證在內的十多項審核和多次臨床實驗，還需要考慮成本和工藝的可行性；從工廠里的產品再到走入尋常百姓家的商品，還需要考慮如何構建起自己的商業模式，要有設計感、舒適性，等等。

“實驗室的樣品階段，我們或許可以不計成本、不考慮是否有設計感、佩戴是否舒適，只考慮把東西做出來，但是到了產品和商品階段，想要去普及、去商業化，就不能不考慮這些事”，易昊翔表示，每個階段都需要投入大量的資金，因此在整個行業當中，目前風險投資是最主要的資金來源，回車科技就拿到過數千萬元人民幣的風投，“不過這些資金可能只夠企業申請適營證、注冊證。其次是和大學或醫院合作的科研經費、政府產業基金的支持，只有少數企業可以實現將自身已商品化的技術去反哺技術和產品研發”。