来源：技术宅

作者：于达维

为什么全身瘫痪的霍金，每隔一段时间就可以发表一番高谈阔论，为什么下肢瘫痪的男孩，可以在巴西世界杯开幕式上开球？通过脑机接口技术，可以让原本需要神经传导的大脑信号通过另一种方式传递出来——转变成语言、文字，更可以转变成控制外接设备运动的信号。

自从近一个世纪前，一位医生发现大脑的神经活动实际上是电信号的传递之后，科学家一直致力于解决如何把这些信号接收下来、解读出来，甚至复制出来，进而通过大脑电信号来控制电子设备。如果这个目标能够实现，人的意识就可以不再受限于脆弱的肉体。正如全身瘫痪的法国时尚杂志ELLE主编吉恩·多米尼克·鲍比用眨眼方式撰写的名著《潜水钟与蝴蝶》中所期待的那样，到那时，人的思想可以逃脱肉体的潜水钟做成的牢笼，像蝴蝶一样自由翱翔。

目前的脑机接口技术，还只能帮助残疾人完成最简单的动作，实现最简单的交流，但未来美妙、广阔的前景吸引了全球医学界和电子学界众多最聪明的头脑。在这一领域，中国可以说在基础研究上与世界同步，甚至在有些方面全球 ，但是在临床研究这一最重要的临门一脚上，仍然是一个短板。

有创还是无创

早在年，英国青年生理学家卡通（R.Caton）在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动，并发表了“脑灰质电现象的研究”一文，但当时并没有引起重视。15年后，贝克（A.Bck）再一次发表脑电波的论文，才掀起研究脑电现象的热潮。而直至年德国精神病学家贝格尔（H.Brgr）看到电鳗发出电气，认为人类身上必然有相同的现象，这让他 次真正地记录到了人脑的电波。

从这时开始，人们就是开始憧憬，如何去理解脑电波，能否把脑电波中的思想解读出来。

次成功的脑机接口实验诞生于年。当时英国拜登神经病学研究所有几位因为治疗需要而在大脑中植入电极的癫痫病人，格雷·沃特（GryWaltr）医生突发奇想，把病人的电极连接到了自己发明的“电位转换器”上，当病人看幻灯片，每次有换片的打算时，大脑运动皮层的电位就会升高，电位转换器就把这一信号传递给幻灯机，实现了自动换片。

在此之前，人们所知道的脑电波只是每秒10次左右的节律性起伏（Alpha波），通过这种起伏只能推测人脑的警觉状态，不能反映精细的思维活动。沃特医生多次采用信号平均技术去除噪声，得到脑电发现以来最“纯净”的脑内活动波形——事件诱发电位（EvntRlatdPotntial，ERP)。

顾名思义，他们发现了大脑众多神经活动中一个可以捕捉到的状态，就是遇到特定事件大脑某些部位电位升高的现象，而这在自动控制领域，就是0和1的区别，通过提取反映使用者意图的信号特征，就可以转化为控制外部设备的指令。科学家通过事件诱发电位定量研究大脑对外界视觉听觉刺激的响应规律，从此打开了一扇研究人脑的新窗口。

例如P电位是当大脑检测到小概率的外界刺激，或者在一连串重复事件中检测到新奇事件时出现的，这个电位活动最强的位置往往在头顶中央。因为电压是正的，峰值大概在事件发生后毫秒，因此被称为P电位。

利用这种方式，需要利用闪烁的方式给病人以刺激，对于病人来说容易疲劳。洪波教授的实验室提出了一种新颖并稳健的设计：借用视觉目标的移动，而不是闪烁来激发一个毫秒负向脑电波N，首次实现没有闪烁、对任何用户都很稳健的脑机接口打字。

而清华大学生物医学工程系教授、美国医学与生物工程院会士高上凯教授和高小榕教授的研究组，用头皮表面的稳态视觉诱发电位（SSVEP）搭建了快速打字的脑机接口系统，至今仍然保持全球最快记录。

上述方法，可以说是无创脑机接口技术的代表。高小榕教授对财新记者说，脑机接口技术大概可以分成有创和无创两大类方法，无创脑机接口技术主要是基于对脑电图的分析，通过分析脑神经信息，理解病人意图，从而控制外部设备。

无创脑机接口技术虽然信号的分析精度方面有不足，但也可以在残疾人身上实现的简单交流，实验室中可以实现相当于点击触摸屏的交流能力。但是目前这些实验结果多数都是在正常人身上做的，如果给霍金这样的患者戴上脑电帽，病人能达到什么程度还有待进一步临床试验。

自6年开始，浙江大学求是高等研究院的郑筱祥教授团队整合学校多学科交叉优势，开始了一系列植入式脑机接口技术的研究。她告诉财新记者，基于脑电图的信号噪声大，分辨率底，不能获得大量神经元的单位活动信息，在解析自由度、信息传输率、实时精确控制等方面存在瓶颈。

他们首先跟踪国外技术，开展了机—脑的植入式脑机接口技术研究。该研究是在大鼠脑内感觉皮层、内侧前脑束和中央导水管灰质区等部位埋植了三对电极，通过安装在大鼠背部的无线微电刺激背包，对相应脑区施加特定的电刺激，让大鼠脑部产生虚拟触觉、兴奋感以及恐惧感，人为调控大鼠“左右转向”、“前进”和“停止”等动作；大鼠可以克服“恐高”“避光”等本能行为压力，顺利完成复杂环境下的大鼠导航。

在机—脑研究基础上，他们在大鼠大脑运动皮层植入16个电极，提取大鼠在压杆喝水时神经信号的发放特征，利用这一特征信号实现对水嘴出水的控制，实现了大鼠“意念”完成喝水的任务。

年团队尝试研究猴子大脑“意念”控制机械手，通过埋入猴子大脑微电极阵列的个电极，实时采集猴子做“握、抓、捏、钩”四种不同手势的神经信号集群，解析大脑神经编码特征，转化为控制机械手的信号，实时控制智能机械手与猴子手势同步，同步完成这四种不同的精细手势，在国内外学术界引起极大的







































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