近日，據外媒報道，腦機接口領域的企業Synchron發布全球首個公開視頻，展示漸凍癥患者馬克僅憑意念操控iPad的場景，引發廣泛關注。

視頻顯示，作為這場未知試驗的參與者，患有漸凍癥的馬克·杰克遜在2023年成為首批植入Stentrode的患者。他現在僅憑意念，就能在iPad的屏幕上選擇目標，打開應用程序并撰寫信息。

在演示中，馬克通過大腦“想要輕點食指”，就能操作iPad返回首頁。

雖然馬克失去了身體機能，但他的大腦依然能向身體發出信號，捕捉信號并轉化為數字設備的控制指令。

這一研究成果，清晰地宣告了一個事實：腦機接口技術正加速從實驗室走向我們的日常生活。

走近腦機接口

腦機接口（Brain-Computer Interface, BCI），顧名思義，它是在人腦與外部設備（如計算機、假肢）之間建立的一條直接的、不依賴于正常外周神經和肌肉組織的通信通路。如果說我們的大腦是一個充滿復雜指令的指揮中心，而我們日常的語言、動作是其輸出指令的方式，那么BCI就相當于為這個指揮中心安裝了一部“心靈感應電話”，讓指令可以繞過傳統的“線路”，直接發送給機器。

這個概念并非橫空出世。早在1924年，德國精神病學家漢斯·貝格（Hans Berger）首次記錄到了人腦的電活動，并將其命名為腦電圖（EEG），這為腦機接口的研究奠定了基石。到了20世紀70年代，加州大學洛杉磯分校的雅克·維達爾（Jacques J. Vidal）教授首次明確提出了“BCI”這一術語，并進行了初步的實驗驗證，被譽為“BCI之父”[1]。

腦機接口系統的基本工作流程可以概括為三個核心步驟。

信號采集：這是第一步，也是最關鍵的一步。大腦在進行任何思維活動時，無論是想象一次握手，還是在腦海里默念一個詞，其上億個神經元都會產生微弱但特征鮮明的電信號。BCI系統通過特定的傳感器來“竊聽”這些信號。

信號解碼：采集到的原始腦電信號充滿了“噪聲”，混雜著各種與任務無關的思維活動。因此，需要強大的算法模型對這些信號進行實時處理、特征提取和模式識別。計算機會學習將特定的信號模式（比如，想象“向左移動”）與特定的計算機指令（比如，光標向左移動）對應起來。這就像是訓練一位能夠聽懂“大腦方言”的翻譯官。

指令輸出：一旦解碼成功，翻譯出的指令就會被發送到外部設備，驅動它執行相應的操作，比如移動光標、打字、控制機械臂等，從而完成一次“意念控制”。

此次Synchron的演示，正是這一流程的體現。Synchron的Stentrode設備負責信號采集，而蘋果的協議則極有可能在信號解碼和指令輸出環節進行了深度優化，使其與iPadOS操作系統實現了兼容與流暢。

腦機接口的“三路奇兵”

腦機接口技術按侵入方式可分為非侵式、半侵入式和侵入式，每種模式都有其獨特的特點和應用場景。

非侵入式腦機接口是最為常見的一種方式，它不需要對大腦進行任何手術，只需要將電極佩戴在頭皮表面即可采集腦電信號，最常見的形式是“腦電帽”，上面布滿了干/濕電極，用于捕捉穿過顱骨、頭皮傳導出來的微弱腦電波。這種方式操作簡便、安全性高，對使用者幾乎沒有任何創傷。而且，由于其無創的特性，很容易被大眾接受，非常適合在消費級市場和一些對信號精度要求不高的場景中應用，比如一些簡單的腦控游戲、智能家居控制等。

但是，非侵入式腦機接口也存在明顯的缺點。由于電極與大腦之間隔著頭皮、頭骨等多層組織，采集到的腦電信號會受到嚴重的衰減和干擾，這就像是在城市上空幾萬米的高空用衛星拍攝，只能看到整個城市燈火的明暗變化，而無法看清每一條街道的具體情況。信號質量相對較低，對環境干擾較為敏感。這就導致其在信號解析和意圖識別方面的精度有限，難以實現復雜的控制任務。

侵入式腦機接口作為精度最高的“尖刀連”，需要通過外科手術將電極直接植入大腦。在這一領域，不同技術路線爭奇斗艷。例如，中國深圳的微靈醫療開發了名為“CORTEX-0”的柔性微電極陣列，并在臨床研究中用于采集高精度神經電生理信號。此外，埃隆·馬斯克創辦的Neuralink公司，則是把N1植入設備的核心做成了 64 根比頭發還細的柔性“線”。這些線直接插入大腦，上面分布著 1024 枚微型電極，用來實時捕捉神經信號。借助這套系統，患者只需動動念頭，就能移動光標、輸入文字、瀏覽網頁，甚至暢玩游戲[2]。

本次演示的Synchron開發的Stentrode設備則獨辟蹊徑，通過頸靜脈微創植入大腦血管表面，它采用血管介入手術，將支架狀的電極送入大腦血管中，避免了開顱手術的巨大風險。

半侵入式腦機接口介于非侵入式和侵入式之間，它雖然仍需要通過手術布置電極，但電極并不植入大腦皮質，而是置于顱骨下、皮層上方。這種方式既在一定程度上提高了信號質量，又相對降低了手術風險和對大腦的損傷。以北京腦科學與類腦研究所聯合北京芯智達神經技術有限公司研發的半侵入式腦機接口“北腦一號”為例，它集成了自主研發的柔性高密度腦皮層電極，128通道同時采集的信號通量在同類產品中處于國際領先水平。“北腦一號”既提升了信號采集的精準度，又降低了手術創傷和術后風險，彌補了侵入式和非侵入式技術的不足。

2025年3月20日，“北腦一號”第三例人體植入手術在天壇醫院成功完成，至今，3例患者狀態良好，其中癱瘓病人已實現意念控制運動，因患漸凍癥而失語的病人已實現中文交流能力。此外，區別于“北腦一號”，“北腦二號”能夠做到3D空間、立體多維的精細化神經控制?；诟咄咳嵝晕⒔z電極采集腦皮質內大規模神經元放電信號，它聚焦實現動態精準運動控制、認知恢復與增強、全身導航運動控制、視覺重塑與增強等功能。據了解，明年，“北腦二號”有望進入臨床驗證階段。

潛力無限的 “雙刃劍”

展望未來，腦機接口的影響將首先在醫療康復領域全面鋪開，為癱瘓、失語、失明等神經功能障礙患者帶來重獲新生的希望。它不僅能恢復運動與交流能力，更有望通過閉環神經調控技術，干預治療癲癇、抑郁癥等疾病。

而隨著蘋果公司這類消費電子巨頭的入局，腦機接口的另一目標，是重塑人機交互的形態。當技術足夠成熟，我們或許不再需要鍵盤、鼠標和觸摸屏，思想本身就將成為與數字世界溝通的最高效媒介，無論是操控智能家居，還是在元宇宙中獲得沉浸式體驗。

然而，通往“思想即一切”的未來并非坦途。腦機接口技術在釋放巨大潛力的同時，也帶來了嚴峻的技術與各種挑戰。侵入式設備的長期穩定性、海量腦電數據的處理能力是亟待攻克的技術難關。

總而言之，從實驗室里的理論研究，到如今真實上演的“腦控”iPad，面對這把兼具治愈潛能與未知風險的雙刃劍，人類社會在擁抱技術進步的同時，更需以審慎的目光和集體的智慧，為其規劃航道、設立“護欄”。

參考文獻：

[1]Vidal, J. J. (1973). Toward direct brain-computer communication. Annual Review of Biophysics and Bio

[2]Neuralink Official Website & Public Statements, 2024

資料參考：新華社、科技日報、腦機接口產業聯盟等

審核專家：武照伐（中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員）

撰文：記者 段大衛

編輯：段大衛

來源: 北京科技報