2025第33期 总第75期
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1.脑机接口就像一个翻译系统，它读取大脑活动的信号，翻译出用户的意图或指令，然后将这些指令转换成输出，从而控制外部软件或硬件。
2.脑机接口的核心交互层级：覆盖大脑皮层、深脑区域、脊髓三大层面，皮层是技术最成熟的信号采集区（如控制假肢），深脑区域针对帕金森病等神经疾病，脊髓则通过电刺激帮助脊髓损伤患者恢复运动与体感反馈。
3.脑机接口的四大功能定位：主要用于恢复丧失的感觉功能、重建运动能力、调控病理性神经活动、修复受损大脑信息处理功能，核心应用包括帮助瘫痪患者完成进食、穿衣等基础活动，或控制外部假肢。
4.神经系统构成及对脑机接口的影响：神经系统含神经元（功能单位，含细胞体、树突、轴突、突触）与神经胶质细胞（支持作用）；成年神经元无法再生，既导致脑机接口需应对“异物反应”等稳定性挑战，也使其成为神经功能“替补硬件”，凸显应用必要性。
脑机接口（Brain-Machine Interface / Brain-Computer Interface）技术近年来在科技界掀起了一轮新的浪潮。随着神经科学、人工智能、材料科学等技术的不断进步，前沿实验室与企业正在把多元化的脑机接口技术推向临床应用和日常生活，将人类大脑直接与机器连接的尝试越来越多。在这种背景下，深入剖析该技术的核心原理、发展进展、潜在应用场景及复杂伦理挑战，不仅能清晰认知这一前沿科技的应用潜力与发展边界，更能预见其可能引发的深层影响。
脑机接口在电影中的“首秀”通常被认为是1982年的《火狐》，但1999年的《黑客帝国》及其构建的“脑后插管”接入虚拟世界，才真正让它深入人心并引发了广泛探讨。
20世纪90年代脑神经科学界有两种猜想，神经元是连续网络的“分布论”和神经元各自独立运作的“局部论”，脑机接口之父米格尔·尼科莱利斯支持“分布论”，并做了大量开创性工作，揭示了神经元网络的组织原则，提出脑机接口是一种让大脑与机器直连的方法。2025年6月，马斯克的脑机接口公司Neuralink以90亿美元估值完成了E轮融资6.5亿美元，再次将该领域变为全球资本市场关注的焦点。随着新一代人工智能技术的发展为医疗领域带来的深远影响，脑机接口最近几年的发展为类脑智能的发展打响了第一枪。
脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI），有时也被称为脑机融合（Brain-Machine Interface, BMI），是一种不依赖于常规的周围神经和肌肉组织，在大脑与外部设备（如计算机或机器肢体）之间建立直接通信通路的技术。简单来说，脑机接口就像一个翻译系统，它读取大脑活动的信号，翻译出用户的意图或指令，然后将这些指令转换成输出，从而控制外部软件或硬件。
广义脑机接口技术借助电、磁、声、光等多种物理模态，实现在不同层级与人类中枢神经系统的交互。从大脑皮层到深部脑区再到脊髓，不同交互技术具备各异的作用深度，以及在时间与空间分辨率上的特点。理解神经系统的正常运作机制，不仅对认识疾病或损伤所引起的神经功能缺失至关重要，也为治疗策略的设计包括药物、手术以及日益发展的电子医疗设备提供了基础。脑机接口正是这类电子医疗设备的代表，它在神经元集群层面测量或调控电生理活动，填补了分子靶向药物与全身性药物、局部解剖定向手术与区域手术之间的空白。
在大脑皮层层面，大脑皮层作为高级认知和随意运动的发起中心，是脑机接口中应用最广泛、技术相对成熟的信号采集区域。其机制主要基于对群体神经元电活动（如动作电位和局部场电位）的记录与解码。通过植入式电极阵列（如Utah阵列）或高密度脑电图（EEoG），皮层接口可获取运动意图、感觉反馈乃至初步语音表征等信息。
深脑区域则与基本生命功能密切相关，如基底节、丘脑底核、伏隔核等负责调节运动、情绪和奖励等基本生理过程，其结构和功能的异常广泛存在于帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症、强迫症等多种神经精神疾病中。这些脑区不仅是临床神经调控治疗（如脑深部电刺激）的主要靶点，也代表着脑机接口新兴的研究方向——深脑接口正致力于理解和干预深部神经回路的活动，显示出巨大的临床应用潜力。
脊髓作为连接大脑与周围神经系统的关键枢纽，承担着运动控制、感觉传递、反射整合和自主调节等重要功能。在严重脊髓损伤中，大脑与肢体间的连接中断，但脊髓本身的局部环路可能仍部分保留功能。脑机接口可通过电极阵列对特定脊髓节段施加电脉冲，兴奋运动神经元或中间神经元，从而重新激活瘫痪肌肉。更先进的系统尝试将大脑皮层信号与脊髓刺激结合，例如用运动皮层的神经活动触发脊髓电刺激序列，使患者恢复自主控制下的腿部运动。同时，体感反馈也可以通过刺激脊柱或脊髓其他感觉通路初步实现，从而提升运动的协调性与自然度。
根据其主要功能，脑机接口可分为四类：（1）恢复丧失的感觉功能；（2）重建运动能力；（3）调控病理性神经活动；（4）修复或增强受损的大脑信息处理功能。这类系统能够显著改善失能患者的日常生活质量，例如协助完成进食、穿衣、肢体运动及排便等基本活动。目前最为人熟知的应用是将大脑神经电信号转化为外部假肢的控制指令，帮助瘫痪患者重获部分运动功能。通过融合神经科学与神经工程，脑机接口不仅推动了技术发展，也拓展了通过医疗设备治疗神经系统疾病和损伤的可能性。
复旦大学类脑智能科学与技术研究院加福民老师团队采用了全球首创的“三合一”脑脊接口技术——通过微创手术在脑与脊髓间搭建“神经桥”，仅需4小时同步植入电极，术后24小时，人工智能辅助下患者即可恢复腿部运动。此外，他们还搭建了电刺激参数—神经激活—肌肉骨骼运动仿真计算平台，这就好比是一个虚拟的“人体实验室”利用仿真人计算参数达到精准刺激脊髓特定神经根的效果。
图：复旦大学加福民团队与患者（来源：复旦大学）
科学界对于人脑的研究已有数十年，伴随着人类进化大脑也进化出高度复杂的结构和功能，在庞大而复杂的人脑中，神经元是构成神经网络的核心单元，一个成年人的大脑中大约有860亿个神经元，每一个神经元又可能与其他数千乃至上万个神经元建立联系，这就使得人类拥有自己的行为，要想理解脑机的原理还需进一步理解神经元、神经系统。
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