腦(nao)機接(jie)口（Brain Computer Interface, BCI）是指(zhi)在人(ren)腦(nao)與(yu)計算機或其他電子設(she)備(bei)之間(jian)建立的(de)直接(jie)交(jiao)流和(he)控制通道(dao)，通過(guo)這種(zhong)通道(dao)，用戶可(ke)直接(jie)通過(guo)大腦(nao)思維來表達(da)想法或操(cao)縱設(she)備(bei)。隨著(zhu)科技的(de)飛速(su)發(fa)展，BCI技術已經從科幻電影走進現實，成為醫學(xue)研究的(de)前(qian)沿領域(yu)，為輔(fu)助(zhu)癱瘓患者恢復行(xing)動能力、治療神(shen)經系統疾(ji)病(bing)等提供了新(xin)的(de)可(ke)能性(xing)。
一、研究進展
腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)接(jie)(jie)口(kou)在(zai)醫(yi)療領域的應(ying)用是其(qi)發展(zhan)的第(di)一推動力，目前主(zhu)要經(jing)歷了概念(nian)探(tan)索(suo)、科(ke)(ke)(ke)學論證(zheng)和(he)臨(lin)床應(ying)用3個階段(duan)。1924年(nian)，腦(nao)(nao)(nao)電波的首次發現(xian)(xian)為(wei)大腦(nao)(nao)(nao)研究奠定了基礎(chu)。1970年(nian)，美(mei)國(guo)(guo)組建團隊(dui)開(kai)(kai)始進(jin)行腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)接(jie)(jie)口(kou)相(xiang)關研究，各國(guo)(guo)團隊(dui)也(ye)相(xiang)繼開(kai)(kai)展(zhan)探(tan)索(suo)，實(shi)現(xian)(xian)了刺激范式(shi)(shi)(shi)、腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)連接(jie)(jie)等技(ji)術突(tu)破(po)。進(jin)入(ru)21世紀后(hou)，隨(sui)著科(ke)(ke)(ke)學論證(zheng)的不(bu)斷(duan)完善、神經(jing)科(ke)(ke)(ke)學與相(xiang)關技(ji)術的不(bu)斷(duan)突(tu)破(po)，各國(guo)(guo)紛(fen)紛(fen)開(kai)(kai)展(zhan)腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)接(jie)(jie)口(kou)的戰(zhan)略布(bu)局(ju)，侵(qin)入(ru)式(shi)(shi)(shi)BCI技(ji)術和(he)非(fei)侵(qin)入(ru)式(shi)(shi)(shi)BCI技(ji)術都有了較大的進(jin)展(zhan)，如2004年(nian)實(shi)現(xian)(xian)了通過侵(qin)入(ru)式(shi)(shi)(shi)腦(nao)(nao)(nao)機(ji)(ji)接(jie)(jie)口(kou)控(kong)制(zhi)機(ji)(ji)械臂，2019年(nian)非(fei)侵(qin)入(ru)式(shi)(shi)(shi)解碼器將大腦(nao)(nao)(nao)信(xin)號轉化(hua)為(wei)語音信(xin)號。相(xiang)關專利量、論文發表(biao)量呈現(xian)(xian)爆發性增長(chang)，涌現(xian)(xian)了Neuralink等一批初創公(gong)司，概念(nian)應(ying)用產(chan)品相(xiang)繼推出(chu)。此外(wai)，隨(sui)著認(ren)知/協同BCI等新(xin)范式(shi)(shi)(shi)的不(bu)斷(duan)涌現(xian)(xian)，其(qi)應(ying)用也(ye)從(cong)臨(lin)床醫(yi)學向娛樂游(you)戲(xi)、汽車等多元化(hua)領域拓展(zhan)，逐漸形成(cheng)產(chan)業化(hua)趨勢。
圖1 腦機接口醫學應用的發展歷程(cheng)
表(biao)1 21世紀后(hou)腦(nao)機接(jie)口的國內外研究(jiu)進展
二、應用趨勢
經歷了幾十(shi)年的發(fa)展(zhan)，BCI在醫學領域的應用研究(jiu)逐步深化，在診療(liao)肢體運動障(zhang)(zhang)礙(ai)、精神疾(ji)病(bing)、慢(man)性意(yi)識障(zhang)(zhang)礙(ai)等領域展(zhan)現出巨(ju)大(da)的應用潛力。
（一）肢體(ti)運動障礙診療
BCI技術通過直接解讀(du)大腦(nao)信(xin)號并(bing)將(jiang)其轉化為(wei)外部設備的控制信(xin)號，賦(fu)予患者與外界互動的新方式，在一定程(cheng)度上彌補身體功能(neng)的損失，改善(shan)和(he)提高生(sheng)活(huo)質(zhi)量。
當前的(de)(de)(de)研究和應用多為非侵(qin)入式，主要分為輔助性和康復(fu)性兩類，是(shi)業(ye)界(jie)進展相對(dui)較快的(de)(de)(de)領域。輔助性BCI著重于(yu)替代或增強物理功(gong)能(neng)，通(tong)過(guo)捕捉患者(zhe)的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)意(yi)圖，進而控制外(wai)部設備如假肢或外(wai)骨骼等。康復(fu)性BCI則專注于(yu)通(tong)過(guo)神(shen)經康復(fu)訓練恢(hui)復(fu)或改善患者(zhe)的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)能(neng)力，利用中樞神(shen)經系統的(de)(de)(de)可(ke)塑性，通(tong)過(guo)重復(fu)性刺激來強化神(shen)經元之間的(de)(de)(de)突觸連接，促進修復(fu)。
圖2 腦(nao)機接口在(zai)肢體(ti)運(yun)動(dong)障礙診(zhen)療中的應用
（二）慢性(xing)意(yi)識障礙診療
BCI技術通過捕捉和(he)分析患者的(de)腦電信號，有效識別(bie)和(he)評(ping)估(gu)患者的(de)意(yi)識水平，從而實(shi)現對意(yi)識障礙的(de)診斷、評(ping)定(ding)和(he)預后判斷。當前(qian)的(de)研(yan)究和(he)應用(yong)多為非侵(qin)入式，在臨床上已有用(yong)于昏迷患者促醒治療(liao)的(de)案(an)例。
圖3 腦(nao)機接口在慢性意識障礙診療(liao)中的(de)應(ying)用
（三）精神疾病診療
基(ji)(ji)于(yu)算法(fa)學習提取的(de)(de)腦(nao)電(dian)信號(hao)特征，能(neng)提供遠超其(qi)他生理信號(hao)的(de)(de)真實(shi)、深層情(qing)感(gan)信息，從而實(shi)現對多種情(qing)緒的(de)(de)判別和分析。因(yin)此(ci)，基(ji)(ji)于(yu)腦(nao)電(dian)信號(hao)的(de)(de)神經反饋訓練、情(qing)感(gan)識別研究(jiu)可(ke)用(yong)于(yu)輔(fu)助(zhu)記憶力(li)喪失、自(zi)閉癥等精神類疾病(bing)發病(bing)機制的(de)(de)研究(jiu)和治療。目前國(guo)內外在(zai)將侵入式BCI技術用(yong)于(yu)抑郁(yu)癥輔(fu)助(zhu)診療方面取得(de)一定研究(jiu)進展，但尚處(chu)實(shi)驗室研究(jiu)階段。
圖4 腦(nao)機接(jie)口在精神疾病診療中的應(ying)用
三、應用挑戰
技術上仍有(you)諸多局限(xian)性。BCI系統(tong)(tong)在信號采集、識(shi)別精(jing)度(du)(du)、處理速度(du)(du)、系統(tong)(tong)穩定性和自適應性方面(mian)仍存在不(bu)足(zu)。大腦的神經元(yuan)結(jie)構(gou)極為復雜，對大腦工作機(ji)制(zhi)和反(fan)饋刺激的研究還相對有(you)限(xian)。人機(ji)交(jiao)互界(jie)面(mian)操作復雜、訓練周期(qi)長，針對不(bu)同患者的定制(zhi)化研究難題亟待攻克。研發(fa)成本高昂、開(kai)發(fa)周期(qi)長，技術成熟度(du)(du)和產品化仍有(you)較(jiao)長距離。
安(an)全和(he)(he)(he)倫理面臨(lin)挑(tiao)戰(zhan)。統一的(de)BCI基礎理論(lun)框架和(he)(he)(he)科學評價體系尚處(chu)缺位，面臨(lin)知(zhi)情同意、安(an)全性、隱私(si)、主(zhu)體性和(he)(he)(he)公平(ping)性等倫理問題。侵入式(shi)設備(bei)的(de)高性能與創傷(shang)、出血、感(gan)染(ran)等腦損傷(shang)的(de)高風(feng)險(xian)難平(ping)衡。思想被(bei)掃描、讀出和(he)(he)(he)監(jian)控的(de)邊界尚難界定，存在隱私(si)泄露、黑客(ke)攻擊(ji)等風(feng)險(xian)。
跨(kua)學(xue)(xue)科(ke)人才緊(jin)缺(que)。BCI技術(shu)和產品需要神(shen)經科(ke)學(xue)(xue)、生理學(xue)(xue)、計(ji)算機(ji)科(ke)學(xue)(xue)、生物醫學(xue)(xue)工(gong)程和材料等(deng)多學(xue)(xue)科(ke)支持與(yu)協作(zuo)，跨(kua)學(xue)(xue)科(ke)交(jiao)叉融合型人才短缺(que)，亟需從(cong)學(xue)(xue)習課程設置、交(jiao)叉培養與(yu)工(gong)作(zuo)實踐等(deng)方面予(yu)以(yi)加強(qiang)。
圖5 腦機接口技術研究與應用(yong)中存在的問題(ti)
四、總結與展望
在多(duo)學科演化(hua)驅(qu)動下(xia)，腦機接(jie)口技術正不(bu)斷從(cong)(cong)科幻走向現(xian)實(shi)(shi)、從(cong)(cong)動物(wu)實(shi)(shi)驗走向人體試驗、從(cong)(cong)實(shi)(shi)驗室走向臨床和家(jia)用、從(cong)(cong)醫療領(ling)域走向更多(duo)領(ling)域。未來，腦機接(jie)口醫學應用有望拓展至(zhi)神(shen)經退行(xing)性疾病診療乃至(zhi)日常健康管理等領(ling)域，但也仍需從(cong)(cong)以下(xia)維度加強引導和支持。
增強醫療領域應用研究能力。鼓勵科研院校和企業加快腦機接(jie)(jie)口前沿技術布局(ju)與探索，持續推動基礎理(li)論、前沿材料、先(xian)進(jin)算法等(deng)技術突破，不斷(duan)提升腦機接(jie)(jie)口關鍵(jian)元器件、芯片等(deng)關鍵(jian)技術及產品的研制水平(ping)。
持(chi)續完善產(chan)業(ye)發(fa)展生態(tai)。以醫療、科研(yan)等需求為導向，加強產(chan)學研(yan)醫協(xie)同，推動樣本與數(shu)據的規范有序(xu)共(gong)享，打造應用(yong)研(yan)究(jiu)-試驗發(fa)展-概念(nian)驗證(zheng)-技術迭代-產(chan)業(ye)化發(fa)展的良性循(xun)環，提升BCI技術融合賦能水平。
完善(shan)腦機(ji)接(jie)(jie)口產(chan)業法(fa)律法(fa)規和技術標(biao)準體(ti)系(xi)。加(jia)快推(tui)動腦機(ji)接(jie)(jie)口臨床(chuang)應(ying)用標(biao)準建設(she)，建立行業標(biao)準體(ti)系(xi)。出臺相關科(ke)技倫理審(shen)查(cha)標(biao)準，進一步細化(hua)、明確侵入式腦機(ji)接(jie)(jie)口倫理臨床(chuang)研(yan)究審(shen)查(cha)要(yao)點。
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