脑机接口从科幻走向现实！清华那套手艺仍连结世界第一

在科幻片子中，经常有如许的场景——残疾人能够用机械臂自若地弹唱，失语者能够从头“启齿说话”，失聪者能再次听到声音，人类依靠“意念”批示着浩荡的机械……其实，那些神异的场景其实不仅仅是科妄想象，现实中，不竭开展的“脑机接口手艺”恰是要在未来让那些酿成现实。

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人脑思维的扩展

脑机接口，望文生义，就是大脑和计算机之间的接口，指大脑与计算机的间接毗连。一方面大脑要发出指令实现对外部设备的掌握；另一方面外部设备也要不竭地给大脑发送各类各样的反应信息，让大脑及时调整掌握战略，庇护整个系统的不变性。一个典型的脑机接口系统包罗三个部门：信号摘集、信号阐发和设备掌握。脑机接口系统能够根据脑信号摘集的体例，分为侵略式和非侵略式脑机接口；也能够根据脑机接口范式/觉得刺激/摘用的信号停止分类，可分为单一范式/单一觉得刺激/单一脑信号的脑机接口和混合脑机接口。

脑机接口的开展源于人类扩展大脑智能的期看。在可预见的未来，人类智能将与机器智能协同工做。机器的存储和运算才能，共同人脑的思维与立异才能，将以脑机协同的形式创始一个新的将来。

1924年，德国医生汉斯·贝格尔初次发现并没有创笔录脑电信号，开启了人们对大脑与脑机接口的摸索。时至今日，近百年的时间里，脑机接口获得了飞速的开展，已被利用于医疗安康、形态检测、智能生活、国防平安等浩瀚场景，被美国、欧盟、日本、韩国等浩瀚兴旺经济体视做战术级科技。据麦肯锡征询公司揣测，将来10到20年，全球脑机接口财产将产生最多2000亿美圆的经济价值。

美国早在1989年就率先提出全国性的脑科学方案，并把20世纪最初10年定名为“脑的10年”，他们还在2013年提出被认为可与人类基因组方案相媲美的“脑方案”，旨在摸索人类大脑工做机造、绘造脑活动全图、鞭策神经科学研究、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。

1991年，欧洲出台“欧洲脑10年”方案。2013年1月，欧盟委员会公布人脑工程进选“将来新兴旗舰手艺项目”，并设立专项研发方案“人类大脑方案”，可在10年内（2013年至2023年）获得10亿欧元经费。日本脑/思维方案（通过用于疾病研究的集成神经手艺绘造脑图），于2014年6月启动，方案开发脑图绘造手艺，并绘造人类脑图谱。该项目在10年内遭到共400亿日元的帮助。

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我国也高度重视脑机接口手艺开展，已将“脑科学和类脑研究”列进国度严重科技立异和工程项目。中国科学院也于2022岁首年月成立脑科学和智能手艺卓著立异中心。2023年2月，中国脑机接口财产联盟成立，将积极发扬政产学研用桥梁纽带感化，为我国脑机接口、脑机交互、脑机智能范畴规划规划供给支持定见，加强跨范畴与行业交换，鞭策手艺立异与利用摸索，开展原则和测试研究，培育提拔和构建财产生态，以便更好地支持我国经济、科技和社会开展。

脑机接口走向生活

早在20多年前，清华大学就关于无创脑机接口停止了研究。其时，航天员上天之前，都需要停止耐力方面的特殊操练，目标是使受训者在承受动弹、扭转、失重和超重等刺激时，不会发作眩晕和错觉症状。在太空情况适应操练中，航天员操练最多的是离心计心情，因为离心计心情高强度的刺激情况，在操练中人经常会来不及喊停便陷进眩晕。来自清华大学的团队负责在离心计心情尝试情况中检测受训人的大脑意识形态，通过脑机接口系统辨认出受训人能否清醒。那种基于脑电形态来公证人的精神形态，并基于用户需求赐与特定反应的手艺，构成了多类利用——开发更为笨重的可穿戴设备，利用在冥想、放松、睡眠等安康场景以及专注力、智能玩具、艺术安装等教导或消费类场景中。

2006年，美国布朗大学研究团队完成首个大脑运动皮层脑机接口设备植进手术，四肢瘫痪的病人可以通过运动企图来完成机械臂掌握、电脑光标掌握等使命。2012年，脑机接口设备已可以胜任更复杂和普遍的操做，国外有团队为一位瘫痪密斯植进了96个电极的脑机接口设备，让那位密斯用大脑操控机械臂实现本身饮水、食饭、打字、与人交换等。2014年巴西足球世界杯开幕式，高位截瘫青年墨利亚诺·皮诺特在脑机接口与人工外骨骼手艺的搀扶帮助下开出一球。近十几年来，脑机接口不竭接近了人们过往在科幻做品中看到的将来形象。

国内的脑机接口利用医疗安康研究也如雨后春笋般鼓起。值得存眷的是，2018年，清华大学脑机接口团队为一位渐冻症患者设想了一套中文输进的视觉脑机接口系统，搀扶帮助那位渐冻症患者完成脑控打字的使命。迄今为行，那套全国产化高温馨度高速人机交互新形式系统，仍牢牢连结高速度脑机接口手艺世界第一的纪录。

那套系统基于稳态视觉诱发电位手艺开发，其原理是通过必然频次闪烁的目标对尝试者的眼睛停止刺激，再根据大脑视皮层响应的特定脑电信号来揣度尝试者看到的是哪个闪烁频次的信号，进而通过脑电算法解码成响应的操做指令。在脑机接口的研究范式中，稳态视觉诱发电位手艺具有短交互、高准确度、平安性高、利用面广等优势。现在，那一手艺已经在车载、医疗、智能配备、元宇宙等与国民经济息息相关的重要行业走向利用。

残障人士的医疗辅助与康复也是脑机接口的重要利用标的目的，在智能仿外行范畴，国内专家已开发出脑机接口手功用康复操练系统，通过与人工智能算法高度整合，将脑机接口与外骨骼机器人有机连系，通过摘集、处置人体脑电神经信号实现动做掌握。利用者可通过“意念”掌握外骨骼机械手，带动瘫痪手部停止操练，也可做出各类复杂动做，搀扶帮助利用者实现肢体康复操练。那项利用对运动技能衰退的中老年人、脑血栓引起的运动障碍、中枢及外围神经病变患者、断肢移植、皮肤移植形成的觉得功用障碍等人员具有很好的前景，可搀扶帮助患者重获对躯体的掌控，自信面临生活。

在数字世界与现实世界无缝切换

基于稳态视觉诱发电位手艺的元宇宙级交互体验系统，差别于传统的手柄、手势、语音、眼动等交互手段，脑机接口能够不依靠于肌肉和外周神经间接与外部设备与情况成立交互，且更具沉浸感，可解放双手，通过脑电信号实现“所见即所得”。元宇宙的财产快速开展，物理世界的更多行为、动做能够通过编码接进数字世界，不只会重塑交互，更会深入影响人们感知、回应、掌控事物的体例，加强人在虚拟世界的实在感官体验，在数字世界和现实世界继续、无缝地切换。

做为一项利用前景普遍的高新手艺，脑机接口的手艺开展除了需要加强政策及原则造定、研发投进、财产利用、多方协同等之外，还需要依托全面科普为那一前沿科技注进动能。科学手艺是第一消费力，青少年是人才的储蓄力量，更是社会朝上进步的期看所在，青少年对科学手艺的掌握水平往往决定一个地域的立异力、一个社会的开展力和一个国度的合作力。因而，加强青少年脑机接口科普教导工做，对培育提拔一代懂科学、爱科学、用科学的优良青少年群体、建立脑机接口后备人才步队尤为重要。

在世界机器人大赛中，已增设了一项脑机接口的专业赛事——BCI脑控机器人大赛，就是一项推进手艺立异打破，鞭策脑机接口手艺与各范畴财产交换协做，称心人们对医疗、养老、康复等多样化的民生需求，实现该范畴与各行业的逾越合成开展的赛事。该赛事还鞭策前沿科技向青少年普及。例如，“脑力小巨人”角逐，将脑电生物反应做到了角逐项目中，让孩子们体验前沿的脑机接口手艺，进修多科学合成的手艺常识，提拔综合素养。

在漫长的汗青历程中，人类已经一次次胜利地获得了那些改动世界的手艺。能够乐看地看到，将来，人类可以胜利将脑机接口手艺合成进生活、赋能财产，助力国民经济开展，提拔群众幸福感。

（原题目：脑机接口从科幻走向现实！清华那套手艺仍连结世界第一）

来源：光亮日报 | 做者 高小榕（做者为清华大学医学院传授）

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