什么是腦機接口技術？腦機接口的原理和分類

原文作者：luffy

今年的5月4日，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了成功，該試驗在猴腦內實現了介入式腦機接口腦控機械臂，這對推動腦科學領域研究具有重要意義。 那么，究竟什么是腦機接口技術呢？它的出現又會對我們未來的生活產生怎樣的改變呢？

什么是腦機接口技術？

腦機接口從字面上理解就是，腦（Brain）+機（Machine）+接口（Interface）=腦機接口（BMI）。它是指通過在人腦神經與具有高生物相容性的外部設備間建立直接連接通路，實現神經系統和外部設備間信息交互與功能整合的技術。簡單來說，就是實現用意念控制機器。它意味著，人與機器的主要交互方式，除了手工輸入，以及近幾年興起的人工智能語音交互之外，還可以直接通過大腦向機器發指令。

從上面的描述中我們可以看出，這項技術可以直接用大腦指揮電腦或者機器，這與大腦通過身體的運動或通過語言來表達思想，進而指揮機器運轉不同。它省去了中間的步驟，因此相比其他交互方式，腦機接口可以更高效、更精確地傳遞和解碼大腦的意圖。最重要的是，對于一些不能通過肢體輸出信息的人，他們哪怕全身癱瘓，也可以借助這項技術控制體外機器，能極大提高生活質量。

腦機接口的原理

根據高中生物所學我們知道，我們的大腦是由上千億個神經元構成的，而且每個神經元與幾千個或上萬個神經元相連接。刺激信號在神經元間傳遞，最終形成神經沖動。

根據神經科學研究，在大腦產生神經沖動時，大腦神經系統的電磁活動會發生相應變化，并會體現出某種節律和空間分布的特征。因此，腦機接口的基本原理包括三個步驟，即記錄、翻譯和傳達。首先，要記錄大腦的神經活動信號，采用傳感器記錄腦電圖（Electroencephalogram，EEG）、磁共振成像（MagneticResonance Imaging，MRI）和功能性磁共振成像（FunctionalMagnetic Resonance Imaging，fMRI）等信號。

然后，將這些信號進行預處理和特征提取后，通過計算機算法進行數據分析和標識，最終將這些信息翻譯為可讀的指令信息。最后，通過機器接口將這些指令為現實的動作和操作。

腦機接口的分類

腦機接口可以分為侵入性或非侵入性，這兩種類型可以檢測不同類型的大腦信號。

腦機接口的分類

侵入式腦機接口是指在大腦中植入電極或芯片。人的大腦中有上千億個神經元，通過植入電極，可以精準地監測到單個神經元的放電活動。但這種方式會對大腦造成一定的損傷，電極的植入不但會損傷大腦神經元，也會有感染的風險。在《黑客帝國》中，現實世界的人類需要通過插入連接器的方式進入到“母體”世界中。這種“腦后插管”的方式便是典型的侵入式腦機接口。

非侵入式則是將電極外置，像佩戴電極帽等方式，檢測方法簡單、容易操作，但由于電極距離神經元較遠，得到的信號噪聲大，對后續的信號處理要求就比較高。例如《刀劍神域》、《頭號玩家》中的游戲頭盔便是非侵入式腦機接口的典型代表。

腦機接口的問題與應用

除了存在“侵入性”植入物的安全和健康風險外，腦機接口技術還存在很多倫理和技術問題：如果可以在大腦中安裝芯片，有多少人會同意安裝呢？人們是否能接受“開頭顱、插芯片”，并試圖“篡改”自己的神經沖動呢？

雖然存在很多困難和風險，科學家還是在積極探索腦機接口技術的實現與應用。人工耳蝸就是一種腦機接口，通過向體內植入電極，對耳蝸內尚且完好的聽覺神經施加脈沖電刺激，就能提升甚至重建聽覺。作為神經假體最廣泛的應用，截止到2006年世界上已有大約十萬人植入，但它僅僅是腦機接口技術的一個開始。

在可預見的未來，腦機接口甚至可以實現大腦和外部世界的直接互聯。通過腦機接口，可以直接用大腦控制家里的智能電器?？梢杂媚X電直接控制電視的打開，空調的關閉，甚至不用說出口，你的自動駕駛汽車就把你載到目的地了。此外，有了腦機接口的加持，在未來的虛擬游戲里，我們將更加真實的參與其中。玩家可以用意念控制游戲中的人物，不僅是行進、肢體運動，甚至交流溝通和界面轉化，都在一念之間完成，這就極大提高玩家的操作體驗。

編輯：黃飛