近日，据外媒报道，脑机接口领域的企业Synchron发布全球首个公开视频，展示渐冻症患者马克仅凭意念操控iPad的场景，引发广泛关注。
Stentrode产品（图源：演示视频）
视频显示，作为这场未知试验的参与者，患有渐冻症的马克·杰克逊在2023年成为首批植入Stentrode的患者。他现在仅凭意念，就能在iPad的屏幕上选择目标，打开应用程序并撰写信息。
（图源：演示视频）
在演示中，马克通过大脑“想要轻点食指”，就能操作iPad返回首页。
虽然马克失去了身体机能，但他的大脑依然能向身体发出信号，捕捉信号并转化为数字设备的控制指令。
这一研究成果，清晰地宣告了一个事实：脑机接口技术正加速从实验室走向我们的日常生活
走近脑机接口
脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI），顾名思义，它是在人脑与外部设备（如计算机、假肢）之间建立的一条直接的、不依赖于正常外周神经和肌肉组织的通信通路。如果说我们的大脑是一个充满复杂指令的指挥中心，而我们日常的语言、动作是其输出指令的方式，那么BCI就相当于为这个指挥中心安装了一部“心灵感应电话”，让指令可以绕过传统的“线路”，直接发送给机器。
这个概念并非横空出世。早在1924年，德国精神病学家汉斯·贝格（Hans Berger）首次记录到了人脑的电活动，并将其命名为脑电图（EEG），这为脑机接口的研究奠定了基石。到了20世纪70年代，加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔（Jacques J. Vidal）教授首次明确提出了“BCI”这一术语，并进行了初步的实验验证，被誉为“BCI之父”[1]。
脑机接口系统的基本工作流程可以概括为三个核心步骤。
脑机接口技术框架（图源：脑机接口产业联盟）
信号采集：这是第一步，也是最关键的一步。大脑在进行任何思维活动时，无论是想象一次握手，还是在脑海里默念一个词，其上亿个神经元都会产生微弱但特征鲜明的电信号。BCI系统通过特定的传感器来“窃听”这些信号。
信号解码：采集到的原始脑电信号充满了“噪声”，混杂着各种与任务无关的思维活动。因此，需要强大的算法模型对这些信号进行实时处理、特征提取和模式识别。计算机会学习将特定的信号模式（比如，想象“向左移动”）与特定的计算机指令（比如，光标向左移动）对应起来。这就像是训练一位能够听懂“大脑方言”的翻译官。
指令输出：一旦解码成功，翻译出的指令就会被发送到外部设备，驱动它执行相应的操作，比如移动光标、打字、控制机械臂等，从而完成一次“意念控制”。
此次Synchron的演示，正是这一流程的体现。Synchron的Stentrode设备负责信号采集，而苹果的协议则极有可能在信号解码和指令输出环节进行了深度优化，使其与iPadOS操作系统实现了兼容与流畅。
脑机接口的“三路奇兵”
脑机接口技术按侵入方式可分为非侵式、半侵入式和侵入式，每种模式都有其独特的特点和应用场景。
非侵入式脑机接口是最为常见的一种方式，它不需要对大脑进行任何手术，只需要将电极佩戴在头皮表面即可采集脑电信号，最常见的形式是“脑电帽”，上面布满了干/湿电极，用于捕捉穿过颅骨、头皮传导出来的微弱脑电波。这种方式操作简便、安全性高，对使用者几乎没有任何创伤。而且，由于其无创的特性，很容易被大众接受，非常适合在消费级市场和一些对信号精度要求不高的场景中应用，比如一些简单的脑控游戏、智能家居控制等。
但是，非侵入式脑机接口也存在明显的缺点。由于电极与大脑之间隔着头皮、头骨等多层组织，采集到的脑电信号会受到严重的衰减和干扰，这就像是在城市上空几万米的高空用卫星拍摄，只能看到整个城市灯火的明暗变化，而无法看清每一条街道的具体情况。信号质量相对较低，对环境干扰较为敏感。这就导致其在信号解析和意图识别方面的精度有限，难以实现复杂的控制任务。
植入N1的志愿者可以用大脑玩游戏（图源：Neuralink演示视频）
侵入式脑机接口作为精度最高的“尖刀连”，需要通过外科手术将电极直接植入大脑。在这一领域，不同技术路线争奇斗艳。例如，中国深圳的微灵医疗开发了名为“CORTEX-0”的柔性微电极阵列，并在临床研究中用于采集高精度神经电生理信号。此外，埃隆·马斯克创办的Neuralink公司，则是把N1植入设备的核心做成了 64 根比头发还细的柔性“线”。这些线直接插入大脑，上面分布着 1024 枚微型电极，用来实时捕捉神经信号。借助这套系统，患者只需动动念头，就能移动光标、输入文字、浏览网页，甚至畅玩游戏[2]。
本次演示的Synchron开发的Stentrode设备则独辟蹊径，通过颈静脉微创植入大脑血管表面，它采用血管介入手术，将支架状的电极送入大脑血管中，避免了开颅手术的巨大风险。
（图源：新华社）
半侵入式脑机接口介于非侵入式和侵入式之间，它虽然仍需要通过手术布置电极，但电极并不植入大脑皮质，而是置于颅骨下、皮层上方。这种方式既在一定程度上提高了信号质量，又相对降低了手术风险和对大脑的损伤。以北京脑科学与类脑研究所联合北京芯智达神经技术有限公司研发的半侵入式脑机接口“北脑一号”为例，它集成了自主研发的柔性高密度脑皮层电极，128通道同时采集的信号通量在同类产品中处于国际领先水平。“北脑一号”既提升了信号采集的精准度，又降低了手术创伤和术后风险，弥补了侵入式和非侵入式技术的不足。
2025年3月20日，“北脑一号”第三例人体植入手术在天坛医院成功完成，至今，3例患者状态良好，其中瘫痪病人已实现意念控制运动，因患渐冻症而失语的病人已实现中文交流能力。此外，区别于“北脑一号”，“北脑二号”能够做到3D空间、立体多维的精细化神经控制。基于高通量柔性微丝电极采集脑皮质内大规模神经元放电信号，它聚焦实现动态精准运动控制、认知恢复与增强、全身导航运动控制、视觉重塑与增强等功能。据了解，明年，“北脑二号”有望进入临床验证阶段。
潜力无限的 “双刃剑”
展望未来，脑机接口的影响将首先在医疗康复领域全面铺开，为瘫痪、失语、失明等神经功能障碍患者带来重获新生的希望。它不仅能恢复运动与交流能力，更有望通过闭环神经调控技术，干预治疗癫痫、抑郁症等疾病。
而随着苹果公司这类消费电子巨头的入局，脑机接口的另一目标，是重塑人机交互的形态。当技术足够成熟，我们或许不再需要键盘、鼠标和触摸屏，思想本身就将成为与数字世界沟通的最高效媒介，无论是操控智能家居，还是在元宇宙中获得沉浸式体验。
然而，通往“思想即一切”的未来并非坦途。脑机接口技术在释放巨大潜力的同时，也带来了严峻的技术与各种挑战。侵入式设备的长期稳定性、海量脑电数据的处理能力是亟待攻克的技术难关。
总而言之，从实验室里的理论研究，到如今真实上演的“脑控”iPad，面对这把兼具治愈潜能与未知风险的双刃剑，人类社会在拥抱技术进步的同时，更需以审慎的目光和集体的智慧，为其规划航道、设立“护栏”。
参考文献：
[1]Vidal, J. J. (1973). Toward direct brain-computer communication. Annual Review of Biophysics and Bio
[2]Neuralink Official Website & Public Statements, 2024
资料参考：新华社、科技日报、脑机接口产业联盟等
审核专家：武照伐（中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员）
撰文：记者 段大卫
编辑：段大卫
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作者：北京科技报
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