国内首款介入式脑机接口在北京成功完成动物试验！脑机接口到底是什么？

脑机接口(Brain Computer Interface，BCI [4] )，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，有时也称作“大脑端口”direct neural interface或者“脑机融合感知”brain-machine interface，它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑(例如视频重建)，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。 [2] 在该定义中，“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅仅是“mind”。“机”意指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。对脑机接口的研究已持续了超过40年了。

20世纪90年代中期以来，从实验中获得的此类知识显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以像自然肢体那样控制植入的假肢。在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。

神经修复是神经科学中和神经的修复相关的领域，即使用人工装置(假体)替换掉原有功能已削弱的部分神经或感觉器官。神经假体最广泛的应用是人工耳蜗，截止到2006年世界上已有大约十万人植入。也有一些神经假体是用于恢复视力的，如人工视网膜，迄今在这方面的工作仅仅局限于将人工装置直接植入脑部。脑机接口和神经修复的区别主要从字面上就可见其端倪：“神经修复”通常指临床上使用的装置，而许多现有的脑机接口仍然是实验性质的。实践上讲神经假体可以和神经系统的任意部分相连接，如外周神经系统;而“脑机接口”通常指一类范围更窄的直接与脑相连接的系统。

二十一世纪，在人工智能、工业互联网等社会发展的大方向下，各国纷纷启动有关脑科学的研究计划。人类对大脑的结构和功能开发，有了实质进步。

国家科技创新 2030 重大项目已将“脑科学与类脑研究”列入启动日程。时值“十四五”时期，我国启动脑科学领域的诸多新课题。脑科学研究以及人工智能研究与应用，是近年来国家大力倡导的重点产业与战略发展方向。

在政策趋向与技术能力助力下，视友科技脑科学研究实现了更丰富、多元的社会、生活场景落地，品牌实力日渐凸显。目前，公司所研发产品覆盖脑机交互、脑机智能、脑健康、儿童青少年脑智评估及提升平台、脑电认知大数据平台、脑电AI算法、神经营销、脑电生物反馈、科教展览、娱乐等应用领域。

那么人脑真的能与机器相连吗?脑机接口到底是什么，那些神乎其神的功能最终真的能实现吗?一提到脑机接口，我们马上就会联想到拥有钢铁之躯的未来战士，又或者只要在大脑上插根线就能把所需要的知识全部输送到大脑中，让我们免去学习之苦。没错，这些功能的确是脑机接口的发展方向，只不过现在的脑机接口距离这一步还差着十万八千里，其实说十万八千里还是低调了，事实上这些功能最终能否实现，现在还根本无法做出判断。

非侵入式的脑机接口更容易被人所接受，严格来讲这根本就不能算是接口，它其实就是一个头盔，只不过这个头盔并不是由钢铁构成，而是由大量的信号采集器编织而成。我们的大脑在活动的时候，神经元会发出电磁波，而这个信号采集头盔就可以捕捉这些信号，然后再将这些信号传输到相应的设备上进行解析。通过这样一个信号采集头盔，我们就能达到用思维来控制外部设备的目的。不过这种非侵入式的脑机接驳装置具有很大的局限性，它所接收到的信号是非常微弱的，而且也不够精准，注定无法完美实现人机融合。

人的大脑与身体形成了非常紧密的关系，大脑的想法要靠身体去执行。但对于瘫痪患者来说，这件事情变得非常困难或者不再可能。不过，在有了脑机接口之后，瘫痪病人又重新看到了希望。甚至对于健全人来说，脑机接口还让自己有了成为超人的可能。不过，这种技术也会引发大规模的道德危机。

2006 年 10 月 10 日晚，丹尼斯·德格雷(Dennis DeGray)的灵与肉几乎分离了。出去钓了一天的鱼之后，他回到加州太平洋丛林市的家中，然后意识到自己还没有倒垃圾。当时雨下得很大，所以他决定两手提着袋子从家门口冲到外面的垃圾桶那里。结果在跑的时候因为踩到了橡树下的一块黑色霉菌，他滑倒了，重重地摔到了下巴，在颈椎的第二和第三根椎骨之间发生了断裂。

在康复期间，当时 53 岁的德格雷从医生处得知，他的颈骨以下已永久瘫痪。除了退化性抽搐以外，他的躯干或四肢都已经不能动了。他告诉我：“我受尽了折磨，又不能上呼吸机。”事故发生之后的几年时间里，他“只能躺着看历史频道。”努力接受自己受损伤的现实。

一段时间之后，在一次干细胞研究的筹款活动中，他遇到了斯坦福大学神经外科教授杰米·亨德森(Jaimie Henderson)。两人谈起了机器人，这是小时候就在家里的机械车间转来转去的德格雷一直以来十分感兴趣的话题。根据德格雷的回忆，亨德森的一个问题把他给迷住了：你想开无人机吗?

亨德森说，他和同事一直都在开发脑机接口：将人的大脑与计算机、机器人肢体或无人机外部设备进行实验性的连接，然后人就可以用意念来控制这些设备。德格雷非常渴望参与这样的实验，于是在等待实验开放以及签署必要的许可期间，他搬到了门洛帕克，以便离斯坦福更近。 2016 年夏天，亨德森掀开了德格雷的头骨，裸露出了他的皮层，也就是大脑薄薄的、有皱纹的最外层，然后往里面植入了两个 4 毫米 x 4 毫米的电极阵列，样子跟微型针床有点类似。每个阵列均配置了 100 个微小的金属突起，它们共同记录了随运动皮层约几百个神经元一起涌动的电脉冲，而运动皮层这个大脑区域与自主运动有关。

经过了一段恢复期之后，亨德森的几个合作者来到德格雷家中，把他安排在电脑屏幕前。屏幕上显示着一个由八个 25 美分硬币大小的白点组成的圆环，而这些白点会轮流发出橙色的光。德格雷的任务是只靠自己的意念将光标移向发光的点。而科学家们则将线缆连接到德格雷头部突出的金属基座上，将记录在他大脑里面的电信号传输给解码器：也就是附近一个由运行机器学习算法的计算机组成网络。

这些算法的开发者是神经科学博士生大卫·布莱德曼(David Brandman)，他通过 BrainGate 这个联盟与斯坦福团队合作。他设计的算法可以快速地将不同的神经活动模式与相关的预期手部运动联系起来，而且每两到三秒就更新一次，理论上可以让这种关联逐步变得更加准确。如果说德格雷头骨里面的神经元就像钢琴上面的音符的话，那么他的独特意图就类似于独特的音乐作品。比方说，举起手的意图会与一段神经旋律吻合，试图将手向右移动又会对应另一段神经旋律。当解码器学会识别德格雷想要做出的移动后，就会发送指令把光标移动到相应的方向。

布莱德曼让德格雷想象一个可以让他直观地控制光标的动作。德格雷盯着电脑屏幕，脑子开始琢磨该怎么开始，他想起了电影《人鬼情未了》里面的一慕，已经死去的萨姆(Sam Wheat，帕特里克·斯威兹饰)用看不见的力量让一枚硬币滚动，向他的女友证明了自己的幽灵还在。德格雷于是想象自己用手指去推动光标，就好像它是那枚硬币，用意志力推动它朝目标挪动。尽管他的手无法动弹，但他还是用尽了全力去这么做。 布莱德曼惊喜地发现解码器的运算速度如他所愿。在 37 秒之内，德格雷控制光标到达了第一个发光点。几分钟之内，他已经连续命中了数十个目标。

作为长期临床研究的一部分，全世界只有几十个人的皮层组织嵌入了神经接口。 德格雷现在是当中最有经验也是最敬业的人之一。自参与试验以来，他已经花费了 1800 多个小时，接受过近 400 次的训练课程，参与用意念去控制各种形式的技术。他玩过电子游戏，操作过机器手臂，发过短信和电子邮件，在亚马逊上买过东西，甚至还开过无人机，尽管目前只是操控模拟器，但在所有这些事情的过程中他都没有动过一根手指。 德格雷和类似的志愿者正在一起探索一项前沿技术，如果成功，它有可能从根本上改变人类与机器的交互方式。

自 1950 年代以来，科学家、工程师就一直在建立脑机接口并进行研究。鉴于大脑的行为有多少仍然是个谜，尤其是我们仍不清楚这三磅重的电果冻是如何产生意识的，总体来看，这些系统的成就颇为显著。瘫痪个体通过神经接口已经学会了在数字键盘上演奏简单的曲子，能够控制外骨骼足够灵巧地操纵机器假肢喝一瓶水。今年 3 月，一支国际科学家团队曾发表了一项研究，记录了全身瘫痪的患者首次通过脑机接口靠一个一个字母地造句来表达自身需求。

神经接口还可以在大脑与机器之间建立双向的沟通路径。Nathan Copeland曾在一场车祸中造成胸部以下瘫痪，但2016年的时候，他不仅能够用机械手与奥巴马总统拳对拳，假肢回传信号到他大脑的电极，刺激到他的感觉皮层时，他还得以亲身体验到了触感。通过大脑成像技术与神经网络的结合，科学家们还破译并部分重建了人们脑海形成的图像，产生了类似于风化的宝丽来或斑驳油画的效果。

大多数开发脑机接口的研究人员表示，他们主要感兴趣的是治疗应用，也就是恢复瘫痪或其他残疾人的运动和交流。不过，这种技术的潜力显而易见，加上越来越多的知名初创企业也加入了研发的行列，这些都表明了存在扩大采用的可能性：在未来，除了恢复失去的能力以外，神经接口还会增强人们的先天能力，并赋予他们新的能力。

随着科学技术的升级，科学家们开始运用更先进的技术，比如通过激光术、超声波、电磁脉冲、轻度的沟通、电荷直流电影响力等去研究怎么控制我们人类的大脑，特斯拉的创始人马斯克与Facebook的CEO扎克伯格是这个研讨范畴的引领者，他们在脑机接口技能的开发上投入了上亿美元，扎克伯格更是在2020年提出元宇宙将会颠覆未来的人类社会。

随着资本的涌入，人们也会预测此项技术的危险性，未来机器会不会彻底的控制我们人类的大脑，让我们人类沉迷于虚拟的网络世界，也就是元宇宙里呢?

6月25日，我国自主研发的国内首款介入式脑机接口在北京成功完成动物试验。此次试验的介入式脑机接口由南开大学人工智能学院教授段峰科研团队牵头，与上海心玮医疗科技股份有限公司联合研发。

据介绍，本次试验是国内首次在羊脑内实现介入式脑机接口，突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端，填补了国内介入式脑机接口领域空白，对推动我国脑科学领域发展具有重要意义。

脑机接口技术可以在不依赖外周神经系统和肌肉组织的情况下，把大脑皮层的信号活动直接转变为计算机指令，控制外界设备。对严重运动功能障碍的患者(脑卒中、渐冻症等)来说，脑机接口能够帮助他们独立控制外界设备，恢复部分运动能力，提高生活质量。

此次试验的脑电极植入术，由河北工业大学教授张建华科研团队研发的介入机器人辅助完成。机器人采用主从操作方式，由宣武医院神经外科主任医师马永杰在主端操作，成功完成了部分血管造影。试验最终在羊脑血管内完成了传感器植入，并成功采集到了脑电信号。

段峰介绍，人体内血管的支架经过长期临床应用及研究，已拥有较高安全性。通过介入式脑机接口这一方式沿血管植入传感器，可以连通并激活大脑区域，无需侵入大脑即可获得脑电信息。此次在动物脑内开展的介入式脑机试验研究，对改善因脑、脊髓、周围神经或肌肉功能障碍导致严重瘫痪患者的功能独立性，以及治疗癫痫、睡眠障碍、帕金森病等疾病具有重要意义，未来市场前景广阔。