據(jù)“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”學(xué)習(xí)平臺(tái)，于2025年04月29日?qǐng)?bào)道，2023年05月起，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”學(xué)習(xí)平臺(tái)與中國(guó)科學(xué)報(bào)社聯(lián)合發(fā)起“科學(xué)家回信”活動(dòng)，邀請(qǐng)廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學(xué)家、科技工作者提問(wèn)、留言。活動(dòng)啟動(dòng)后，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”“科學(xué)網(wǎng)App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者姚昭源的提問(wèn)，請(qǐng)南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院講師明濤發(fā)出第一百零二期手書回信。
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讀者姚昭源：科學(xué)家您好，我想知道前幾年聽過(guò)一個(gè)稱為腦機(jī)接口的概念，我很好奇具體要怎么實(shí)現(xiàn)？
明濤：腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)是一種在大腦與外部設(shè)備之間建立直接通信鏈接的創(chuàng)新方法，它允許大腦直接發(fā)送指令給外部設(shè)備，而無(wú)需經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的神經(jīng)肌肉通路。實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口并非簡(jiǎn)單地在腦袋上開個(gè)洞與計(jì)算機(jī)相連，其具體技術(shù)路徑差異很大。從大腦中采集信號(hào)主要分為侵入式、半侵入式和非侵入式三種類型。
非侵入式：通過(guò)外部設(shè)備（如頭盔或頭環(huán)）檢測(cè)頭皮表面的微弱腦電信號(hào)（EEG）。其優(yōu)點(diǎn)是完全無(wú)創(chuàng)，但信號(hào)模糊，質(zhì)量差，只能識(shí)別簡(jiǎn)單意圖，如腦電波打字。
半侵入式：將電極放置在大腦表面（硬腦膜外），這種方法稱為ECoG（皮層電圖）。它需要手術(shù)植入，但無(wú)需穿透腦組織。信號(hào)質(zhì)量比非侵入式更好，但弱于侵入式。可用于一些實(shí)驗(yàn)性的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。
侵入式：將微電極陣列直接植入大腦皮層，記錄單個(gè)神經(jīng)元的電信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)極其精準(zhǔn)（能分辨單個(gè)神經(jīng)元的放電）。缺點(diǎn)是手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高，長(zhǎng)期可能引發(fā)免疫排斥或信號(hào)衰減，而且侵入式電極可能被免疫系統(tǒng)包裹，導(dǎo)致信號(hào)衰減。
采集到大腦發(fā)出的電信號(hào)后，需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以提高其質(zhì)量和可靠性。然后，從信號(hào)中提取特征，包括頻率、振幅等，這些特征能夠反映大腦活動(dòng)的特定模式。
之后，利用模式識(shí)別或機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，將提取的特征與用戶的意圖進(jìn)行匹配，從而解碼大腦信號(hào)。解碼成功后，根據(jù)信號(hào)生成相應(yīng)的指令或控制信號(hào)，用于控制外部設(shè)備。
腦機(jī)接口技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，如醫(yī)療康復(fù)、殘障輔助、虛擬現(xiàn)實(shí)和游戲等。然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其安全性和倫理問(wèn)題也日益凸顯。例如，如何確保植入式電極的安全性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，如何保護(hù)用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全，以及如何避免技術(shù)被濫用等。
因此，在推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，必須充分考慮并解決這些安全性和倫理問(wèn)題。只有這樣，才能確保腦機(jī)接口技術(shù)能夠?yàn)槿祟悗?lái)真正的福祉，而不是成為新的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。
