“侵入他人的梦境，诱导其意志的转变；在密封舱中操控阿凡达，探索潘多拉星球……”这些好莱坞标志性电影（《盗梦空间》《阿凡达》）中描绘的虚构场景，随着脑机接口技术的不断发展，正逐步演变为触手可及的现实。那么，所谓的脑机接口技术究竟指的是什么？脑机接口，亦称作“脑－计算机接口”，（Brain-Computer Interface，BCI），旨在构建一种直接的通信渠道，实现人类大脑与外部设备之间的信息交流。该技术使得大脑能够直接与计算机或其他电子设备进行信息交换，而无需依赖传统的外围神经和肌肉系统作为中介，其核心在于捕捉并解码大脑信号，进而将用户的意志指令传递至外部设备，以此来替代或增强人类的外围功能。2024年1月29日，埃隆·马斯克在社交平台上宣布，其创办的脑机接口公司Neuralink成功完成了首例人类大脑设备植入手术，被植入者的恢复状况令人满意，神经元活动的监测效果达到预期效果。至同年8月，Neuralink公司在其官方网站上发布了第二位接受植入手术患者的最新进展。该患者术后恢复状况良好，并已经能够熟练运用脑机接口操控CAD绘图软件，并自行设计了3D打印的充电支架，此外，还能够体验《反恐精英2》等第一人称射击游戏。由此可见，BCI技术可以借助意念控制人工假肢、操控光标进行移动以及参与电子游戏等多种活动，在医疗保健、文娱休闲以及军事战争等多个领域均呈现出巨大的发展潜力和广阔的应用空间。
技术原理
脑机接口（BCI）技术是一门融合了神经科学、脑科学、计算机科学、控制论、信息科学与技术、智能科学与技术、医学等多个学科的前沿交叉学科。其技术运作主要由三个环节组成：一是信号输入环节，产生和检测包含特定特征的脑电活动信号；二是信号处理环节，将原始信号进行分析处理，转换成数字信号，并进行特征识别和分类；三是信号转换环节，根据分析结果产生控制命令，驱动输出设备。BCI技术的工作原理就像一台大脑的翻译机，核心在于将用户输入的脑电信号转换为输出控制信号或命令，这些信号可以是自发的脑电信号，也可以是由外部刺激诱发的脑电信号。
目前，BCI技术主要分为以下三类。侵入式BCI：需要通过外科手术将微电极阵列植入大脑，以实时记录大脑神经群体的活动信号。侵入式BCI能够提供高质量的信号，但存在手术风险和生物相容性问题。非侵入式BCI：通过头皮穿戴设备从头部表面记录大脑活动，无需手术和设备植入。例如，基于脑电图（EEG）的非侵入式BCI，它将电极列阵贴附于人脑头皮上，实现多路EEG信号的同时采集和分析。③侵入式BCI：将电极放置在大脑的硬膜下或皮层下区域，提供了比非侵入式更高的信号质量，同时风险低于侵入式。此外，BCI还可以根据信息的流向分为单向BCI和双向BCI。单向BCI只能将信号从大脑传输到设备，或从设备传输进大脑，而双向BCI则允许设备与大脑之间的双向信息交换。
发展历程
早期探索阶段 对BCI技术的研究可追溯至20世纪20年代，其起源与汉斯·伯格对脑电图的开创性发现紧密相关。神经元内电信号的传播是通过膜电位的瞬时变化实现的，就如同信息在互联网中传递一样。因此，从理论层面来看，使用特定设备对由此引发的电活动进行测量是可行的。遵循这一理论，伯格通过导线将银箔与测量装置相连，并将银箔贴在患者的头顶。他观察到，当患者进行思考或情绪产生波动时，测量装置上的电压读数会发生变化。尽管由于设备精度的限制，伯格的实验数据并不完全精确，然而，他确实证实了大脑信息传递的电学特性，这一发现被普遍认为是脑机接口神经生理学的起源。从此，一个跨学科的新兴领域悄然走上了发展与壮大的道路。
经过数十年的科学研究，1957年，法国电生理学家安德烈·乔诺与耳鼻喉科医生查尔斯·埃里斯首次将电极植入一名全聋患者的耳蜗中，使该患者得以感知环境声音并获得听觉感受。人工耳蜗作为脑机接口技术早期开发并成功实施的案例，不仅为听障人士提供了实质性的帮助，同时也为脑机接口技术的进一步的发展和应用奠定了可行性的基础。
在20世纪60年代，脑机接口技术的研究主要来自两个方向。一是对大脑生理学的研究，特别是对神经电信号的检测和理解。例如加州大学洛杉矶分校的大脑研究员巴里·斯特曼和他的同事通过记录和转化猫的感觉运动节律（μ节律）来研究大脑信号，建立了正反馈实验范式，这为后来利用脑电信号控制外部设备提供了理论基础。二是工具性学习行为的研究，主要聚焦于调节人类大脑活动的技术，也被称之为
神经反馈。如芝加哥大学的认知研究员乔·神谷在1969年发表的关于人类通过神经反馈学习控制大脑α波的研究，以及华盛顿大学的神经生理学博士伯哈德·费兹证明操作性条件反射可以控制猴子单个皮层神经元的放电。这些研究共同构成了脑机接口技术发展早期的科学基础。
实验论证阶段 进入20世纪70年代，加州大学洛杉矶分校的教授雅克·维达尔研发了一种基于视觉事件相关电位的“系统”。该“系统”通过观察同一视觉刺激的不同位置，实现了对四种控制指令的选择功能，这是一项能够将脑电信号转换为计算机控制信号的技术，维达尔将其命名为“脑机接口”。
