从《黑客帝国》到《阿丽塔》，科幻作品中高频出现的脑机接口，展现了人类对技术的瑰丽想象。而不久前“科技狂人”马斯克举行的脑机接口发布会，再次激发了公众的无限好奇。
　　马斯克畅想的“人机共生”时代或许没那么快到来，但脑机接口的现阶段应用同样振奋人心：在中国，科学家们正在不懈努力，尝试用脑机接口治疗癫痫、帕金森、抑郁症等困扰人类已久的疾病，并帮助患者进行术后康复。 
　　现有尝试： 癫痫、抑郁症诊疗以及中风康复训练
　　到底什么是脑机接口？简单而言，脑机接口就是大脑与外部设备之间的直接交流通道，能够把脑电信号转换成驱动外部设备的命令。借助脑机接口，用户可以绕过语言或动作，直接通过大脑来表达想法、操纵设备。
　　在科幻作品里，脑机接口往往会让人类变成“超人”，获得快速学习或是控制机体的能力。但在现实中，科学家们的首要目标并不是给普通人“锦上添花”，而是给各种脑损伤、神经退行性疾病患者“雪中送炭”，让他们提高与外界交流的能力，改善生活质量。
　　在“雪中送炭”的医疗应用中，一大方向是通过脑机接口的电刺激来治疗疾病，比如癫痫和抑郁症。
　　“在癫痫的脑机接口的前沿诊疗中，我们会先借助‘立体定向脑电图’等方法找出大脑中引发癫痫的部位，并借此采集致病部位信号，分析和解决脑机接口的连接问题。”301医院功能神经外科神经电生理室主任徐欣告诉记者。
　　她介绍，目前有三种较为成熟的脑机接口诊疗方法，分别是经颅电刺激、迷走神经电刺激和脑深部电刺激。三种方法都是通过释放电流来抑制癫痫发作，但电极的放置位置和工作方式有区别。
　　与301医院的实践类似，上海交通大学计算机科学与工程系教授吕宝粮团队，探索的是通过多模态情感脑机接口和脑深部电刺激方法治疗难治性抑郁症。
　　吕宝粮说，在抑郁症患者中，高达30％的人属于难治性抑郁症——传统的药物治疗、物理治疗以及认知行为治疗方法，在这类患者身上的效果均难以让人满意。
　　“如果这类患者得不到有效治疗，不仅影响工作和生活，导致自杀的可能性也会增加，结果是非常严重的。现在研究者发现，脑深部电刺激对这类患者的治疗是有效的。”
　　他对记者透露，上海交通大学附属瑞金医院功能神经外科的孙伯民主任团队，已经开展了七例脑深度电刺激的难治性抑郁症临床试验。其中有一位40多岁的患者，病情已经严重到无法正常工作的程度。医生完成电极植入手术，打开脑深部电刺激开关后，患者的脸上立刻露出了笑容。目前该患者已经能正常工作。
　　脑卒中患者的术后康复训练，也是目前脑机接口应用的主流方向之一。
　　脑卒中，又称中风。《中国脑卒中防治报告2019》显示，脑卒中是我国成人致死、致残的首位病因。患者发病后，由于脑部功能受损，往往会留下偏瘫、失禁等多种功能障碍。有效的康复训练，对患者恢复正常生活至关重要。
　　传统的康复训练需要通过专业医师带领患者完成。而通过脑机接口，患者可以实现“意念控制”：脑机接口采集患者的脑电信号、识别其运动意图，进而控制机器人辅助患者进行康复训练。
　　“传统的康复训练是从肢体末端到神经中枢的单向刺激，而通过脑机接口，患者可以实现神经中枢对肢体末端的控制，形成双向的、闭环的刺激反馈。”由西安交通大学孵化的脑机接口企业臻泰智能创始人王浩冲告诉记者。 
　　待解难题： 个体差异性、致病原因与大脑信号解码
　　需要说明的是，抑郁症诊疗、中风康复等最新的脑机接口研究还处于临床试验研究阶段，有待获得常规医疗应用许可。
　　徐欣告诉记者，在相关脑机接口的临床试验中，安全是第一位的，要保证电极植入大脑后，患者不会出现太多的排斥或增生情况。
　　和徐欣观点一样，多位学者对脑机接口的审批与上市持审慎乐观态度。但他们也坦言，想让脑机接口稳定地发挥作用，科学家们还要解决多重难题。
　　首先是个体差异性的问题。以脑卒中为例，它的致病和治疗机理是比较明确的，但患者的个体差异性和脑损伤程度不同会影响到脑机接口采集的脑电信号质量，进而影响训练效果。
　　王浩冲解释说，如果患者的大脑轻度损伤，恢复过程就会比较快；如果患者大脑的认知、运动功能严重受损，传统脑机接口算法识别就没那么准确，需要做适应性改进。
　　“患者个体差异性的存在，要求脑机接口算法具有很高的鲁棒性。所以我们正在收集大量的临床数据来训练算法。”王浩冲说。
　　个体差异性的问题在所有疾病的治疗上都存在。而对于癫痫、抑郁症之类的疾病而言，更大的难题在于，科学家们还没有完全搞清楚它们的致病原因，也无法准确解读脑电信号。
　　吕宝粮告诉记者，大脑信号的解码非常复杂。目前，科学家还不清楚大脑各个区域的活动与人的精巧动作、情绪等存在怎样的对应关系。以瑞金医院功能神经外科的难治性抑郁症诊疗为例，虽然临床试验效果不错，找到了一些有效的脑深部电刺激区域，但背后的神经机理还不清楚。
　　徐欣表达了类似观点：“引发癫痫的原因太复杂了，包括皮层发育不良、血管畸形和外伤诱发等种种复杂原因。想更好地治疗癫痫，我们要更精准地定位致病部位，采集和分析癫痫发作的不同生物信息。”
　　清华大学医学院生物医学工程系研究员洪波曾将大脑的编码比喻为大脑的语言。他在接受《知识分子》采访时指出，不理解大脑的语言，就不可能实现人脑和计算机之间的通信。此外，疾病的神经机制各不相同，只有在搞清楚发病机制的基础上针对性地开发神经调控的编码，才能有效治疗。 
　　风险探讨： 暂时不用担心黑客入侵
　　俗话说，世界上没有绝对安全的系统。脑机接口是否也存在被黑客入侵、操作的风险呢？多位科学家表示，这样的风险暂时还不存在。
　　“脑机接口毕竟是一个新事物，我们肯定会有很多担心。但脑机接口不是随便就能破解和操纵的。而且大脑的每个核团都有特定的功能，脑机接口只是对应着大脑很小的一部分。就算有人侵入了脑机接口，也无法控制整个大脑。”徐欣解释说。
　　在吕宝粮看来，科学家们研究脑机接口，是因为人类确实存在需求。脑机接口和所有技术一样，本身没有好坏之分，关键还是看人类如何使用。“绝对安全是不可能的，那我们就要去研究如何应对潜在的不安全风险。科学就是这样发展的，不能因为存在潜在的问题就不去研究了。”
　　中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室副主任余山撰文指出，脑机接口还处于早期的实验室阶段，将人脑与计算机在信息交互的意义上真正连接起来还有很长的距离。不过，从信息安全角度看，一旦未来脑机接口可以有效读取脑内信息，甚至通过对神经活动的调控向脑内“写入”信息，就会伴随信息内容泄露、对脑活动的恶意干扰甚至操纵等风险。
　　“届时人类也需要针对脑机接口信息安全设计一系列软硬件，以应对外界入侵，正如现在网络信息安全领域的情景。但随着技术的进步，相信这些风险会逐渐降低，抵御风险的能力也会逐渐提高，总体来看是可控的。”余山在文中建议，应尽早制定更全面、更严格的身份认证、信息加密、系统防护标准，开发恶意侵入的检测技术和相应的保护机制，从而促进脑机接口的安全应用。 
　

（冯群星 潘颖欣 陈志芳）

　　什么是脑机接口技术？
　　脑机接口也称作“大脑端口”或者“脑机融合感知”，它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。
　　在全球范围，对此领域的基础研究已经有很多年了。各国尖端研究领域都非常重视它的研究价值。早在2001年的自然杂志上发表的论文就对用思想直接对机器进行控制有了重要的阐述。在MIT的“21世纪能改变世界的10大技术”排行榜中，脑机接口技术排名第一位。
　　20世纪90年代中期以来，从实验中获得的此类知识呈显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以像自然肢体那样控制植入的假肢。脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。脑机接口的主要目标是为患有神经肌肉疾病的人恢复有用的功能，如肌萎缩侧索硬化症、脑瘫、中风或脊髓损伤。
　　在不久的将来，脑机接口这项技术必定会有全新的水平，并在更多的方面得到应用！这也可能带来关于“何为人类”“心灵控制”的问题争论。

（综 合）