信息技术

科技日报记者 罗朝淑

《钢铁侠》里，托尼·史塔克用意念控制战甲；《黑客帝国》中，现实世界的人类通过插入连接器进入到“母体”世界；《流浪地球2》里，人类把思维传输给计算机，制造出数字生命……

这些天马行空的科幻作品所描绘的场景和情节，与现实生活中的脑机接口技术有着异曲同工之妙。

科幻世界催生的脑机接口技术在现实中有哪些具体应用？目前研究进展如何？未来会有怎样的发展前景？在第81届世界科幻大会召开之际，科技日报记者为此采访了中国医师协会神经调控专委会主任委员、世界神经调控学会中国分会主席、首都医科大学三博脑科医院主任医师栾国明教授。

让特殊疾病患者实现“意念操纵”

“广义上的脑机接口是指世界上任何一台计算机和中枢神经系统界面建立起的一种直接联系。”栾国明介绍，通过脑机接口，可以将计算机获取的脑电信号读码和解码后，再反馈给身体其他组织如外周神经，让某些特殊疾病患者实现用意念控制动作。不仅如此，如果将计算机的判断作为控制命令传给空调或机器人，就可以让空调自动调节温度，让机器人端茶送水，让智能病床自动摇起，真正实现脑机互动。

上世纪80—90年代，美国和欧洲有学者开始进行残疾人脑电交互系统的研究。意图通过结合神经科学、微电子和计算机信息处理等，直接提取大脑的神经活动，实时翻译成控制命令，来控制假肢、计算机鼠标、键盘、家用电器等，帮助那些肢体残疾、脊髓损伤、中风、肌萎缩侧索硬化，以及其他神经肌肉退化的病人，改善他们的生活质量。

随着研究的进展，基于听觉目标辨识的脑机接口技术、基于视觉运动起始的脑机接口技术，以及采用伪随机编码技术的高速视觉脑机接口技术等创新性的脑机接口方法，让人脑通过思维控制机器人踢足球成为现实。其中，基于听觉认知强化的新型脑机接口技术首创采用听觉认知脑电成分进行脑机交互，成为世界上首个成功实现的纯听觉脑机接口，帮助“渐冻人”物理学家史蒂芬·霍金通过听觉脑电活动来表达自己的思想，与外界沟通。

与此同时，用脑电信号来解读思维、控制计算机的想法也开始被我国科研人员所重视。

脑机接口还能监测个人情绪状态

在2014年巴西世界杯上，一个已经瘫痪6年的青年人——平托完成了开球仪式。让所有人都感到惊奇的是，在脑机接口技术的帮助下，他仅用了6个月的时间来训练。

“下肢截瘫的人不能自主走动，但在脑机接口技术的帮助下，外周神经接收到了计算机向下肢传递的脑电信号，通过数学模型的推演解读这些信号，并把这些信号传递给横断面以下的脊髓，形成‘脑脊髓接口’，使大脑的命令达到下肢，在穿戴机甲的辅助下，平托实现了用瘫痪6年的腿完成踢球的动作。”栾国明认为，这是脑机接口技术一次重要的突破和应用。

“不过，在踢这一脚之前，他的大脑经过了无数次‘踢、踢、踢’的训练，发出了无数次的脑电信号，计算机捕捉到这些脑电信号后，通过运算解码，最终明确了哪种脑电信号属于‘踢’的指令，然后再发出一个跟他的脑电信号相似的电刺激冲动，命令他的肢体做出踢的动作。如果没有经过反复多次的训练，也达不到这个程度。”栾国明说。

除了帮助患者改善和恢复运动功能，脑机接口还能监测个人情绪状态。“比如现在一些非常重要的岗位，疲劳程度、工作负荷、情绪状态，以前没有很好的技术来获取。现在可以用脑机接口技术来监测他们的状态。”栾国明介绍，近年来，科学家们还通过脑机接口技术，采用脑起搏器电刺激治疗抑郁症，也取得了较好的效果。

发展面临数据个体差异化和伦理问题

栾国明认为，脑机接口技术要想实用化，还面临很多难题。一是数据采集和数据解析面临个体化差异的难题。“这是脑机接口技术面临的最大难题。快速有效的个体参数定制显得至关重要。”

二是面临认知和伦理问题。栾国明解释：“计算机采集的人脑信息和数据，通过解码认知后，反过来又可以对人的认知、心理和精神进行调控。还有一些人渴望的通过脑机接口移植记忆或帮助学习的问题，也会影响社会的公正和公平。”

“最近由科技部、教育部、工业和信息化部等10个部门联合印发的《科技伦理审查办法（试行）》，就对侵入式脑机接口用于神经、精神类疾病治疗的临床研究，以及对人类主观行为、心理情绪和生命健康等具有较强影响的人机融合系统的研发作出了特别规定。今后脑机接口的研究将更加符合科技伦理规范。”栾国明说。  

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