別再羨慕馬斯克的腦機接口了！中國強大的腦機接口在這裏

隨着近日馬斯克投資的腦機接口初創公司Neuralink成功讀取實驗豬的腦部數據，腦機接口技術再次大火了一把。這一次的實驗，動物種類從小白鼠升級到了小豬，傳輸上從USB連接線升級到無線。此外芯片還實現了微型化，傳輸過程中不發熱。

科幻大片中，幾根電極插入腦中就能讓人類進入計算機世界，只需要一個意念就能改變現實；知識不需要死記硬背，靠芯片植入大腦就能獲得無窮技能......這些電影大片描繪的科幻場景，現在看來，已經是基於“腦機接口”的合理設想。

電影《黑客帝國》中，人類通過腦機接口與母體系統相連接

被控制的人腦沉浸在母體虛構的世界裏，人腦在系統中也可以相互溝通

腦機接口技術其實已經走過了半個世紀。早在1969年，德裔美國神經學家埃伯哈德·費茲（Eberhard Fetz）訓練猴子利用思考活動觸發神經元，啓動了連接神經元的儀表盤，從而完成了第一個真正的腦機接口實驗。

1978年，生物學家William Dobelle將68個電極的陣列植入了一位男性盲人Jerry的視覺皮層，盲人隨後可以在有限的視野內看到灰度調製的點陣圖像。

1978年，通過將68個電極植入盲人的視覺皮層，盲人可以看到灰度調製的點陣圖像

20世紀末和本世紀初是腦機接口技術的另一個發展高潮。

1998年，美國科學家將腦機接口植入患有腦幹中風病人的腦中，該病人實現了對電腦光標的控制。時間來到了2014年，在巴西世界盃，身着機械戰甲的截肢殘疾者憑藉腦機接口和機械外骨骼完成了首開球，聞名世界。其發明者是法國科學院院士米格爾·尼科萊利斯。

2014年巴西世界盃，利用腦機接口技術，高位截癱的患者完成了首發球

讀到這裏，大家彷彿發現，不管是腦機接口的最初構想，還是隨後的技術發展，鮮有中國科學家的足跡。但其實，中國的腦機接口技術雖然起步較晚，但21世紀以來發展可謂是突飛猛進。浙江大學的侵入式腦機接口技術和孵化於上海交通大學的念通智能都已經取得了令人矚目的成果。

在介紹中國的腦機接口技術之前，我們先來簡單瞭解下腦機接口技術的分類。

腦機接口技術的三大分類

腦機接口的形式，可按照在大腦中的採集位置分爲非侵入式（又稱非植入式）、半侵入式和侵入式（又稱植入式）三種。人的大腦從內到外依次是頭皮、頭蓋骨、腦硬膜、蛛網膜和大腦皮層。非侵入式模式（EEG）僅作用於頭皮；而半侵入式（Partially invasive BCI）則將設備植入頭皮和大腦皮層之間；侵入式（Invasive BCI）則完全植入大腦皮層。

非侵入式僅作用於頭皮，而侵入式則完全植入大腦皮層

因此，我們很容易能瞭解到，侵入式危險性高，因爲必須通過開顱手術等方式向腦組織內植入傳感器，容易引發機體免疫反應。此外，癒合組織（可簡單想象爲痂）也會影響信號傳輸。

從接受度來講，侵入式因必須進行開顱手術，讓人望而卻步，不易被接受。相較而言，非侵入式並不進入大腦，僅在頭骨外檢測信號，像帽子一樣，因而具備易用性、便攜性，價格相對也較低。

馬斯克近日發佈的在豬身上進行的腦機接口實驗，就是個侵入式的腦機接口案例。之所以引起廣泛的關注，是因爲該實驗不僅能從豬腦中獲得清晰的信號，而且實驗中通過腦電波圖像顯示植入腦機接口的豬依舊十分“快樂”，證明此技術對豬大腦功能本身幾乎沒有產生不良影響。

但是，從技術的角度上並不存在“侵入式比非侵入式高級”這種說法。侵入式因爲少了顱骨的阻擋，比較容易精確地讀取信號。但後期可能因爲免疫反應或者癒合組織影響信號傳播，可能對人體健康造成危害。非侵入式則因爲顱骨的阻擋需要在信號的讀取和傳播上下很大功夫。因此，二者各有難處，都有許多公司在進行研究。

浙江大學：侵入式接口癱瘓者精準控制機械手臂

當對國外腦機接口技術嘖嘖稱奇之時，大家不要忘記中國的腦機接口技術也在蓬勃發展。2020年初，浙江大學完成了國內首例植入式腦機接口臨牀轉化研究，患者可以利用大腦皮層信號精準控制外部機械臂與機械手，實現三維空間的運動，因此屬於侵入式的範疇。

72歲的實驗患者此前因車禍造成四肢完全癱瘓，而現在藉助腦機接口的設備，可以利用“意念”完成喫、喝等動作。患者對準一個放着油條的杯子，用“意念”讓機械手張開手指、握住杯子，再取回杯子。

雖然挪動的過程並不順暢，時而偏左或偏右，患者必須“使勁”想着“往左”或者“往右”來調整機械臂的方向。但對於高位截癱的患者，能夠利用腦機接口技術實現部分獨立性也是難能可貴。

患者頭上的爲侵入式腦機接口，該設備幫助全癱瘓的病人實現部分自理能力

其實早在2012年，浙大團隊就已經在猴子腦中進行過腦機接口的實驗。研究員在猴子腦中植入微電極陣列，運用計算機破解了猴子大腦中關於抓、勾、握、捏四種手勢的神經信號。

而2014年，浙大團隊又在人腦內植入皮層腦電微電極，通過腦內活動完成“石頭、剪刀、布”的手指動作。從猴子大腦到人類大腦，對信號的解碼、編碼、運算方式及效率都提出了挑戰。再加上人的大腦受環境影響更大，計算機處理信號的複雜程度也大大增加。

2012年在猴子身上進行的實驗，相當於在患者大腦皮層表面“蓋”上一塊電極片，電極本身並未插入大腦皮層內部，因而屬於半侵入式。但今年年初對張先生進行的實驗，是將微電極陣列直接插入大腦運動皮層裏面，屬於植入式操作，可以檢測到單個神經元細胞放電狀況，因而獲取的信號更爲直接、穩定。

上海交通大學：非侵入式接口助力外骨骼康復

孵化於上海交通大學的念通智能致力於爲腦卒中患者、截肢患者等肢體功能障礙用戶提供康復產品和技術方案。2019年6月，念通智能研發的eCon-Hand腦控外骨骼康復系統進入臨牀測試階段。該系統包括腦電帽以及外骨骼康復手。

2019世界機器人大會在北京舉行，念通智能攜旗下腦控外骨骼康復系統參展

腦電帽專門爲驅動中風患者的運動功能而設計，採集的腦電波信號主要來自患者的運動體感區，從而促進患者的上肢運動。而外骨骼康復手主要用於輔助中風患者進行手部的康復訓練。

腦電帽和外骨骼康復手是如何協同幫助患者進行康復訓練的呢？患者利用自主意識，在大腦產生運動想法，而腦電帽會檢測到患者的“意念”。當腦電帽從收到的信號中檢測出患者的運動意圖時，患者手掌佩戴的康復器就會輔助患者進行指關節運動，從而實現腦手聯動。

腦磁圖中，患者運動意圖信號示意圖

依靠康復治療師對患者進行康復治療是一種被動治療，而以腦機接口技術爲背景的康復治療，是一種主動的治療模式。醫師利用腦電帽採集患者的腦電波，以此解碼出患者的運動意圖，再借助外骨骼康復手輔助患者進行手部抓握訓練，整個過程由患者的自主意識控制。

總的來說，中國的腦機交互技術雖然發展較晚，21世紀纔開始納入研究，但發展迅猛。目前，中國高校在腦機交互技術研發方面非常踊躍，浙江大學、天津大學、南方科技大學、上海交通大學、西安交通大學等高校皆有建樹；而國際範圍內，新加坡科技研究局、美國斯坦福大學、韓國首爾大學、日本豐田汽車等是較爲積極的研發機構。

腦機接口技術的未來前景

以2016年的數據爲例，根據ThomsonInnovation專利數據庫，中國腦機接口方面的專利數量達到207，美國僅爲60，韓國36，日本20。雖然專利數量上表現良好，但中國的腦機交互技術大多聚集在醫療領域，例如上文中提到的用於截癱治療等。而美國的腦機接口技術涉及的領域則更爲多元，在人工智能、生物工程、材料科學等領域均有涉獵。