不要羡慕马斯克的脑机接口！中国强大的脑机接口来了

随着马斯克投资的脑机接口初创公司Neuralink最近成功读取实验猪的大脑数据，脑机接口技术再次流行起来。在这个实验中，动物物种从老鼠升级到猪，传输从USB线升级到无线。此外，芯片还进行了小型化，在传输过程中不会产生热量。

在科幻大片中，插入大脑的几个电极就可以让人类进入计算机世界，只有一个想法可以改变现实；知识不需要死记硬背，通过将芯片植入大脑即可获得。技巧……这些大片中描绘的科幻场景，现在似乎是基于“脑机接口”的合理假设。

在电影《黑客帝国》中，人类通过脑机接口连接到父系统

被控制的人脑沉浸在Matrix的虚构世界中，人脑也可以在系统中相互交流

脑机接口技术其实已经走过了半个世纪。早在 1969 年，德裔美国神经科学家埃伯哈德·费茨 (Eberhard Fetz) 就训练猴子利用思维活动来触发神经元并激活相连神经元的仪表板，从而完成了第一台真正的大脑机器。界面实验。

1978 年，生物学家威廉·多贝尔（William Dobelle）将一组 68 个电极植入盲人男性杰瑞的视觉皮层，然后他可以在有限的视野中看到灰度调制的点阵图像。

1978年，通过将68个电极植入盲人的视觉皮层，盲人可以看到灰度调制的点阵图像

20世纪末本世纪初是脑机接口技术的又一个高潮。

1998年，美国科学家将脑机接口植入脑干中风患者的大脑，患者实现了对电脑光标的控制。时间来到了2014年，在巴西世界杯上，身着机械盔甲的截肢残疾人凭借脑机接口和机械外骨骼完成了第一次开球，一举成名。它的发明者是法国科学院院士 Miguel Nicolelis。

2014年巴西世界杯，利用脑机接口技术，一名高位截瘫患者完成首球

大家看了这篇，看来，无论是脑机接口的最初概念，还是随后的技术发展，中国科学家的足迹都少之又少。但实际上，中国的脑机接口技术虽然起步较晚，但自21世纪以来发展迅速。浙江大学的侵入式脑机接口技术与上海交通大学孵化的年通智能取得了显著成果。

在介绍我国的脑机接口技术之前，我们先简单了解一下脑机接口技术的分类。

三类脑机接口技术

脑机接口的形式可分为非侵入式（又称非植入式）、半侵入式和侵入式（又称植入式）三种。人脑由内向外由头皮、颅骨、硬脑膜、蛛网膜和大脑皮层组成。无创模式（EEG）只作用于头皮；而半侵入式（部分侵入式BCI）则将设备植入头皮和大脑皮层之间；侵入式（Invasive BCI）完全植入大脑皮层。

无创仅作用于头皮，而有创则完全植入大脑皮层

所以很容易理解，但是侵入性的风险很高，因为传感器必须通过开颅等方法植入脑组织，很容易引发机体的免疫反应。此外，愈伤组织（简单想象为痂）也会影响信号传输。

在接受方面，侵入性方法需要开颅，这是禁止性的，难以接受。相比之下，无创型不进入大脑，只检测颅骨外的信号，就像一顶帽子，所以使用方便，携带方便，价格相对便宜。

马斯克最近发布的猪脑机接口实验是侵入性脑机接口的一个例子。之所以引起广泛关注，是因为该实验不仅可以从猪脑中获得清晰的信号，而且通过实验中的脑电波图像，可以看出植入了脑机接口的猪还是很“开心”的。 ，这证明了这项技术对猪的大脑功能有影响。它本身几乎没有不良影响。

但是，从技术角度来看，不存在“侵入式优于非侵入式”的说法。侵入式更容易准确读取，因为颅骨阻塞较少。但在后期，信号传输可能会受到免疫反应或愈合组织的影响，从而可能对人体健康造成危害。由于颅骨的阻塞，非侵入性方法需要花费大量精力来读取和传播信号。所以两者都有各自的难点，有很多公司在做研究。

浙江大学：机械臂的侵入式接口瘫痪精确控制

当你惊叹于国外的脑机接口技术时，别忘了中国的脑机接口技术也在蓬勃发展。 2020年初，浙江大学完成了国内首个植入式脑机接口的临床转化研究。患者可以利用大脑皮层信号精确控制外部机械臂和机械手实现三维运动，属于侵入性范畴。

这位 72 岁的实验患者之前因车祸而完全瘫痪，但现在在脑机接口设备的帮助下，他可以用自己的“想法”完成吃喝等动作。患者瞄准一个上面有油条的杯子，用“意念”让机械臂张开手指，握住杯子，然后取回杯子。

虽然运动过程并不顺畅，但有时是左或右，患者必须通过思考“向左”或“向右”来“强制”调整机械臂的方向。但是，对于高位截瘫患者来说，能够利用脑机接口技术实现部分独立也是无价的。

患者头部的侵入式脑机接口帮助全瘫患者实现部分自理能力

其实还早。 2012年，浙江大学团队已经在猴脑中进行了脑机接口实验。研究人员在猴子的大脑中植入微电极阵列马斯克研究脑机接口，并利用计算机破译猴子大脑中的神经信号，分别为抓、钩、抓、捏四种手势。

2014年，浙江大学团队在人脑中植入皮质脑电微电极，通过大脑活动完成“石头、剪刀、布”的手指动作。从猴脑到人脑，信号的解码、编码、计算方法和效率都提出了挑战。再加上人脑受环境影响较大，计算机处理信号的复杂度也大大增加。

2012年在猴子身上进行的实验，相当于在患者大脑皮层表面“覆盖”了一个电极贴片。电极本身没有插入大脑皮层，因此是半侵入性的。然而，在今年早些时候张老师进行的实验中，微电极阵列直接插入了大脑的运动皮层。

上海交通大学：无创界面辅助外骨骼康复

年通智能孵化于上海交通大学，致力于为脑卒中患者、截肢患者等肢体功能障碍用户提供服务。康复产品和技术解决方案。 2019年6月，念通研发的eCon-Hand脑控外骨骼康复系统进入临床试验阶段。该系统包括一个脑电图帽以及一个外骨骼康复手。

2019世界机器人大会在北京召开，念通智能携脑控外骨骼康复系统参展

脑电帽专为驱动脑卒中患者的运动功能而设计，采集的脑电波信号主要来自患者的运动体感区，从而促进患者的上肢运动。外骨骼康复手主要用于辅助脑卒中患者进行手部康复训练。

脑电帽与外骨骼康复手如何协同帮助患者进行康复训练？患者利用自我意识在大脑中产生运动意念，脑电帽检测患者的“意念”。当脑电帽从接收到的信号中检测到患者的运动意图时，佩戴在患者手掌上的康复装置将辅助患者进行指关节运动，从而实现脑手联动。

脑磁图，患者运动意图信号示意图

依靠康复治疗师对患者进行康复治疗是一种被动治疗，而基于脑机接口技术的康复治疗是一种主动治疗模式。医生利用脑电帽采集患者的脑电波，解码患者的运动意图，然后使用外骨骼康复手辅助患者进行抓手训练。整个过程由患者的自我意识控制。

总的来说，虽然中国的脑机交互技术发展相对较晚，21世纪才被纳入研究，但发展迅速。目前，我国高校在脑机交互技术的研发上十分活跃，浙江大学、天津大学、南方科技大学、上海交通大学、西安交通大学等高校均取得了成果；而在国际上，新加坡科技研究局、美国斯坦福大学、韩国首尔国立大学、日本丰田汽车等都是比较活跃的研发机构。

脑机接口技术的未来展望

以2016年数据为例，根据ThomsonInnovation专利数据库，中国脑机接口专利数量已达207件，美国专利数量仅为60件。韩国36件，​​日本 20. 虽然专利数量不错，但中国的脑机交互技术大部分集中在医疗领域，比如上面提到的截瘫治疗。在美国，脑机接口技术涉及的领域更加多元化，包括人工智能、生物工程、材料科学等。

最受关注的脑机接口企业TOP5均来自北美和欧洲（Silicon Valley Insight Mapping）

脑机接口最初的想法是应用在军事领域：士兵通过大脑直接控制武器，甚至可以远程控制战斗机和无人机。这将大大提高军队的战斗力。但现在对脑机接口的研究在民用范围内更为广泛。不用说，在医疗领域，在日常生活的娱乐中，它也可以代替传统的鼠标、键盘等手动操作来完成打电脑、玩游戏、看电视等操作，大大增加了生活的乐趣。

但目前，脑机接口技术面临着严重的商业化问题。很难想象侵入性接口需要通过外科手术将电极或其他探针传感器植入大脑，以在商业规模上与神经元直接接触。非侵入式接口是商业化进展良好的一类，但受限于佩戴时的不准确性和颅骨的信号阻断作用，难以达到高精度。

此外马斯克研究脑机接口，脑机接口技术的非技术方面仍面临诸多障碍，例如伦理问题和审查问题。因此，脑机接口真正进入我们的日常生活还有很长的路要走。