“意念”操纵万物还有多远？中美脑机接口研究团队相继取得重大突破｜科技观察

中美科研团队相继在脑机接口研究上取得的重大突破引发外界强烈关注，人们仿佛已经能看到未来用“意念”操纵万物的魔幻场面。

不久前，马斯克宣布首个植入Neuralink脑机接口的患者已经完全康复，患者只需思考就可以在屏幕上移动鼠标。几乎是在同一时间，北京天坛医院也发布好消息，该院神经外科贾旺教授团队联合清华大学洪波教授团队，利用微创脑机接口技术首次成功帮助高位截瘫患者实现意念控制光标移动，这意味着我国在脑机接口领域取得新突破。

无线微创植入脑机接口NEO系统及其体内机。图据清华大学官网

截瘫患者通过脑机接口控制光标

据悉，本次成功利用微创脑机接口技术进行治疗的患者是一名35岁的青年男性，5年前因意外事故导致颈椎高位截瘫，完全失去自理能力。

去年12月19日，由贾旺团队为患者成功实施微创无线脑机接口植入手术，将一种名为NEO的微型脑机接口处理器植入患者颅骨中，并成功采集到脑膜外的感觉运动脑区神经信号。术后第10天患者顺利出院。

贾旺介绍，经过近两个月康复训练，患者不但可通过意念活动驱动气动手套抓握水瓶，还可控制电脑屏幕上的光标移动。“红球‘追’上蓝球，看似简单的动作意味着患者与科技电子产品通过脑机接口实现交互。”贾旺说，能实现这样的功能，得益于电极的精准定位植入以及神经电生理信号的高效传输和准确解码。

洪波表示，目前团队正不断优化脑机接口解码算法，计划帮助患者实现通过意念活动控制电子书翻页、光标点击确认等，增强患者与电子设备的交互能力。“微创无线脑机接口的成功植入及意念控制光标的实现，有望为高位截瘫、肌萎缩侧索硬化等神经功能障碍患者提供全新的康复治疗方向，为患者恢复生理功能、回归社会带来新的希望。”

在患者聚精会神注视下，一个红色小球向着屏幕另一端的蓝色小球缓慢移动。图据北京天坛医院官方

同样是意念控制

实现原理有哪些不同？

目前，脑机接口技术按照其是否需要侵入大脑组织以及侵入的程度分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类，中美科研团队的不同正是体现在侵入程度上。

洪波曾借用“屋子”来阐释这些技术路径的不同：假设人类的大脑是一间屋子，屋中坐了几十个人，每个人都相当于一个脑细胞，全侵入式方案就相当于在每个人面前都放一个麦克风，此时信号采集的效果是最好的。“马斯克Neuralink公司采用的就是这种脑机方案，在硬脑膜内放入成百上千个电极采集脑细胞信号。”洪波说。

据了解，Neuralink公司的脑机接口技术，旨在将人类大脑与计算机直接连接，通过微型电极阵列植入大脑皮层，实现对神经信号的记录和解读，从而让人类可以直接通过意念与计算机进行交互。通俗来讲，就是先在头上打一个洞，将电极棒植入患者大脑内，通过释放生物电的方式刺激患者大脑不同区域的活动，从而达到利用“外力”控制患者大脑，让患者可以在接收到外界信号以后做出相应的反馈。

与Neuralink脑机接口不同，无线微创植入脑机接口NEO把电极放在大脑硬膜外，通过长期动物试验研制，不会破坏神经组织，且采用了近场无线供电和传输信号，体内无需电池。也就无需将设备插入患者大脑，而只需要放置一枚硬币大小的“体内机”。洪波表示，“这就是一种折中的半侵入式方案，相当于在屋外放一个麦克风，这时信号采集相对较弱，但对人体组织的安全性更高。”

尽管两个科研团队在植入电极的位置、信号处理算法等方面有所不同，使用的技术手段却基本是类似的，“两个团队都通过植入微型电极到患者的大脑中，捕获大脑活动，并将其转换成计算机能够理解的信号，最终实现意念控制。”电子科技大学生命科学与技术学院董立副研究员表示。

Neuralink脑机接口技术下，患者通过意念控制计算机鼠标移动。图源网络

“意念”操纵万物还远吗？

在两方科学家的努力下，意念操纵的雏形已然可见，那我们离“意念”操纵万物，实现规模化应用还远吗？董立认为，“虽然脑机接口技术的可行性得到了成功的证明，但要将其应用到更广泛的人群中，需要解决一些技术上的挑战。”

不得不承认的是，当下的脑机接口技术仍不够成熟，对于脑信号的高精度解码还需要投入大量的人力、物力、财力，“首先在BCI研究着力点准确把握的基础上，目标人群的真实需求必须理清；另外，植入式脑机接口还需要面对植入物的安全性和长期稳定性，以及从大脑信号到设备操作之间的准确性和可靠性问题。我们目前主要致力于无创BCI的研究，去避免植入式接口可能带来的手术风险和复杂度，探究更安全、便捷的一个发展方向；从社会层面上来讲，伦理和隐私问题、社会接受度等也是脑机接口技术应用所面临的挑战。”董立说。

当然，脑机接口技术在未来的发展方向还是相当广泛的。董立认为，努力提高技术的精确度和可靠性是首当其冲的追求。同时还要让设备变得更轻便、更易携带，把多种感知和操控方式结合起来，比如视觉、听觉和触觉，以实现更丰富的交互体验和功能。未来脑机接口的应用领域也可能会不断拓宽到医疗健康、娱乐、智能家居、军事等其他领域。