电影《阿凡达》中，人类可以通过脑机接口控制“替身”（Avatar）的活动；《黑客帝国》中，人类通过脑机接口与母体连接并维系沟通……如今，这些只存在于科幻电影中的情节正一步步走进现实。

最近，由埃隆•马斯克掌门的脑机接口公司Neuralink，让猴子通过屏幕和植入大脑的传感设备来追踪屏幕上的移动光标，拼出了“Can I please have snacks”（我能吃点零食吗？）的英文短句。猴子全程和键盘没有物理接触，马斯克称，它在用意念移动光标。

过去三年，这家脑机接口公司每年都会公布其脑机接口技术的进展，实验对象也从小鼠、猪变成了大脑复杂程度接近人类的猴子。人们也看到，在脑机接口领域，传感设备的体积不断优化、缝合速度不断加快。不仅如此，马斯克还表示首款Neuralink设备有望在未来5-6个月内进入人脑试验。

脑机接口作为人脑与外界（计算机或其他外部装置）实现连接进行直接通信的“黑科技”，已经成为资本追捧和科技巨头争抢的风口。不仅仅是马斯克的Neuralink公司，华为、谷歌、Meta等海内外大型科技公司均在这一领域有所布局。麦肯锡（McKinsey）预测，未来10到20年，全球脑机接口产业将产生多达2000亿美元的经济价值。

脑机接口已完成动物实验

“大家在《阿凡达1》等科幻电影中看到的脑机接口技术应用，是要远于现实的，但我们也是从多个角度努力来不断地逼近电影里的场景。”

《阿凡达1》中男主角躺进可操纵Navi族克隆身体的仪器

12月17日，南开大学人工智能学院段峰教授在接受封面新闻专访时表示，如果想要达到《阿凡达》影片中躺入仪器即可操纵另外一具身体的效果，还有诸多技术难点需要攻克，包括要提升采集脑电信号的实时性和准确性，减少脑机接口的伤害性等，“目前也能实现通过脑机接口精准控制部分动作，但需要通过开颅手术植入电极到对应的脑区，采集细胞放电率。”

实际上，类似《阿凡达》电影场景，只是脑机接口应用中的一部分。大脑是一个神奇器官，作为人体内结构最复杂的组织，其内部大约有1000亿个神经元。据天文学家估算，在我们的银河系中，大约有2000亿~4000亿个恒星组成。所以，将人类大脑类比为一个深邃奥妙的复杂银河系，也毫不夸张。

针对这个人脑“银河系”的脑机接口技术，则需要根据不同的“星体”进行信息的加工处理。也就是说，不同类型的脑机接口需要获取不同功能区域的大脑皮层发出的信号。段峰告诉记者：“脑机接口主要的应用范围在大脑皮层，它作为控制和调节躯体运动的最高级中枢，分为精神功能区、视觉区、听觉区、机体感觉区、语言区这五个功能区域，主导机体内一切活动过程，并调节机体与周围环境的平衡。”

而从技术角度来看，脑机接口大致分为侵入式、非侵入式和介入式三大类。侵入式脑机接口需要通过开颅手术或者钻透颅骨将脑电传感器植入脑内，可能会导致患者大脑的长期炎症。非侵入脑机接口虽然对人没有伤害，但是脑电信号微弱，识别准确率和实时性受限，精确度略低。

“介入式脑机接口正好在两种方式中间，我们将电极挤压在靠近大脑的血管壁上，从而获取相应脑区信号。”根据段峰介绍，这一技术最大的优点是不需要颅骨钻孔或开颅手术即可获得脑电信号，整个手术植入过程可在两小时内完成。“血管壁上可以采集到的信号也是阵列式的，对采集到信号进行解析是没问题的，目前我们已经在视觉皮层区采集到了对应的信号。”

在段峰教授团队牵头下，今年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，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。

走出电影，技术已映入现实

虽然在实现借脑机接口“变身”潘多拉星人一事上，人类还有很长的路要走，但当下想“浅浅”体验一把脑机接口技术的神奇其实并不是什么难事。

打开某购物网站，搜索“脑电波”“意念检测”等关键词，就能看到不少基于头皮脑电的脑机接口产品，价格在几百元到上千元不等。用户只需简单地将脑波检测装置佩戴在头上，就能通过“意念”控制实体或虚拟的小车、人物完成简单的运动。

而在目前脑机接口技术使用最多的医疗场景，相关技术早已运用到癫痫、帕金森病、瘫痪、中风等临床治疗上。

如运用了侵入式脑机接口技术的DBS术（深部脑刺激术）已是当下治疗帕金森病常用的手术治疗方法，并逐渐推广至用于治疗中风、癫痫等神经功能受损疾病。

资料显示，该疗法是将电极植入到患者脑内，运用脉冲发生器刺激其大脑深部的某些神经核，纠正异常的大脑电环路，从而减轻神经方面的症状。

去年，上海交通大学医学院附属瑞金医院还启动了难治性抑郁症脑机接口神经调控治疗的临床研究项目，尝试使用DBS术治疗抑郁症。

此外，早在2012年，匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心（UPMC）的研究人员就通过在瘫痪患者大脑运动皮层上植入电极，让她实现了用脑电波控制机械臂来完成进食、移动物体等特定动作。

患者用假肢吃到巧克力

2020年，浙江大学团队也完成了中国首例侵入式脑机接口的临床转化研究，让一名72岁的高位截瘫患者通过脑机接口控制机械臂，重获进食、握手等运动能力。

近年来，我国有公司还研发出通过非侵入式脑机接口控制的仿生假肢。该类假肢可以通过采集、处理人体肌肉运动产生的肌电神经电信号来实现仿生假肢动作控制，仿生手控制精确度甚至可达每根手指，已有残疾患者通过练习实现了写毛笔字、弹钢琴等更为复杂的操作。

目前，部分脑机接口设备还被应用于癫痫、脑肿瘤、脑血管病等疾病的诊断与监护。

精度与安全：脑机接口的两难选择

脑机接口承载着患者功能康复、提升生活质量等的期望，但其技术本身仍有诸多需要完善之处。

张建民介绍，任何一项基础医学的最终目的都是为病人解决实际问题。脑机接口研究对偏瘫、失语患者的临床治疗和康复具有重要意义，但相关技术要真正应用到现实生活，还要克服一些技术瓶颈。比如如何解决植入电极后信号衰减、如何最大限度避免芯片植入对大脑的损伤等。

据了解，大脑植入电极后一段时间，电极会被胶质细胞包裹，监测到的神经元活动越来越少甚至消失。美国公开资料显示，脑机接口最常使用的电极是犹他电极，其植入脑部后的寿命大约在2～5年。此后，若要维持脑机接口功能，就要重新植入电极，这也意味着患者将经历再次手术的风险。

芯片植入对大脑的损伤同样不容小觑。侵入式脑机接口能深入采集神经信号，获取更多高质量脑电信号，但对人体有创伤、排异风险高，可能带来手术伤害和长期植入风险、设备生理排斥安全风险、信号传输或软件算法导致失误的风险等。

如果采用相对温和、安全的非侵入式技术路线，则可能很难实现脑电信号的持续、稳定、精准捕捉。

“如果把人类大脑想象成一个在歌剧院演出的合唱团，每一位成员都是一个神经细胞，那么使用非侵入式脑机接口技术，相当于让观众在歌剧院门外听大合唱，观众没法听清某一个歌唱家的声音。”浙江大学求是高等研究院教授许科帝说。

精度与安全，似乎是脑机接口的两难选择——如何在最低限度损伤大脑和最大限度利用大脑之间达到平衡，是脑机接口技术的核心挑战。

万亿级市场正在形成

中国电子技术标准化研究院公布的《脑机接口标准化白皮书2021》显示，2019年全球脑机接口市场规模约12亿美元，预计2027年将达37亿美元，复合年均增长率15.5%，目前下游医疗保健领域占比62%，其次为疾病治疗。麦肯锡则做出了更为大胆的预测：未来10年-20年，全球脑机接口产业将产生最多2000亿美元（约合人民币1.42万亿元）经济价值。

万亿级的产业价值令资本市场趋之如骛，并加速对脑机行业的投资布局。据研究公司Pitchbook的数据统计，2022年至今，风投机构已经支持了37家脑机接口初创公司，总额为2.63亿美元。据不完全统计，2022年我国脑机接口相关融资事件创近年来最高，截至2022年11月已经超过20起。

最初业内普遍认为，脑机接口技术未来将主要应用于医疗康复行业。但近年来，其下游应用场景不断扩容，赋予了脑机接口更广泛的商业价值。

记者注意到，就在Neuralink让猴子实现“意念打字”的前几天，华为和天津大学公开了脑机接口专利“人机交互方法、人机交互装置及存储介质”。资料显示，该专利能够使用户无须直视视觉刺激且快速下发不同的操作命令。有业内专家分析认为，华为的这项技术专利有望率先应用于华为智能驾驶领域。

此外，脑机接口在商业及生活服务方面的适用领域也十分广泛，例如测谎、游戏娱乐、身份识别、虚拟世界导航等。这类脑机技术多采用非植入式，具更加安全、更加便捷、更易被大众接受。

国内脑机接口企业BrainCo于今年11月推出首款脑机接口消费级产品——深海豚（Easleep）脑机智能安睡仪。据韩璧丞介绍，该产品是脑机接口产品首次大规模进军C端市场，为未来脑机技术普及提供了可能。

“电子游戏交互设备已经从电脑升级成手机，现在正在演变成VR眼镜，如果脑机接口实现突破，将给人机交互的效率和速度带来巨大提升。”中科院上海微系统所副所长、脑虎科技创始人兼首席科学家陶虎表示。

CIC灼识咨询总监张辰恺也认为，脑机接口是元宇宙的核心技术和重要接入方式之一。脑机技术可以通过连接人脑和机器在元宇宙中实现信息的输入和输出。未来元宇宙中脑机接口可能会替代目前依托人脸建模、语音识别的表情生产，通过脑活动传递情感元素。同时，脑机接口未来可能通过影响大脑，为人类提供视、听、触等多方面的体验，让用户能真正做到身临其境，最终实现客观现实世界与算法数字构成的虚拟世界的自由切换。

文章来源： 新华社，封面新闻，中国电子报