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街头卖艺的残疾人可以用机械臂自如地弹吉他;女主角阿丽塔只有大脑保存完好，但在依德医生为她安装了机械肢体后，阿丽塔奇迹般地复活了。
这是最近上线的科幻电影《阿丽塔：战斗天使》中的情节。该片呈现了一个人机融合极为普遍的未来世界。其中形形色色的半机械人，都离不开脑机接口（Brain Computer Interface，简称BCI）的支撑——毕竟，离开大脑的指挥，功能再强大的机械肢体也难以动弹。
其实，脑机接口技术早已不属于纯科幻。尽管离《阿丽塔：战斗天使》中描绘的发展程度相差甚远，但现实生活中的脑机接口技术已开始崭露头角。
一种全新的人机交互方式
敲键盘是我们与计算机交互的主要方式，近几年兴起的语音交互是人工智能技术带来的新的交互可能。而脑机接口技术将再次带来全新的人机交互方式。
“脑机接口是让大脑和机器直接沟通的一种系统，它可以让人脑与机器互联，人机之间的信息传递或通讯控制会变得更加方便。”中国科学院半导体研究所研究员王毅军在接受笔者采访时说。
简单来说，就是可以靠直接提取大脑神经信号来控制外部设备。
“从技术上来说，脑机接口技术可分为侵入式和非侵入式两大类。”王毅军说。
在大脑中植入电极或芯片属于侵入式的脑机接口。人的大脑中有上千亿个神经元，通过植入电极，可以精准地监测到单个神经元的放电活动。这种方式的缺点是会对大脑造成一定损伤。
而头戴式的脑电帽则属于非侵入式的脑机接口，它主要是使用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。这种方式可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，缺点是不够精准。
其实早在半个世纪前，科学家就有了将大脑与机器连接起来的想法。只不过，相关技术一直不太成熟，脑机接口技术进展缓慢。直到2000年左右，脑电波检测等技术的重大进展，为脑机接口技术注入新的发展活力。
如今，脑机接口技术已成为科技大佬们关注的前沿技术。
美国太空探索技术公司（SpaceX）掌门人埃隆·马斯克就投资了一家名为“Neuralink”的脑机接口初创公司。脸书公司也于2017年透露，它拥有一支工程师团队研发脑机接口技术。该团队计划用光学成像设备每秒扫描大脑100次，从而实现让用户直接用意识打字。
相关研究应用已越来越多
“尽管与科幻电影相比，现实生活中的脑机接口技术仍处于早期发展阶段，但相关应用已经越来越多。”博睿康是一家关注脑机接口技术的国内企业，该公司总经理黄肖山在接受笔者采访时说。
医疗领域是脑机接口的主要用武之地。美国研究人员曾展示，利用脑机接口技术，使残障患者通过控制机械臂进行活动，比如拿起水杯喝水。
“但脑机接口不一定非要用来控制机械臂。”黄肖山介绍，这种技术目前还可以用来进行神经系统疾病的诊断和康复。比如，癫痫病人的大脑会出现某个区域的神经元异常放电，通过脑机接口技术检测到神经元异常放电后，可以对大脑进行相应的电刺激，从而减少癫痫发作。
王毅军表示，中风患者在失去肢体控制能力后，也可以通过脑机接口技术对患者的大脑运动皮层进行训练，帮助病人进行康复。
除医疗领域外，脑机接口技术目前还被用于航空航天、教育、娱乐等多个领域。例如，在航空航天领域，该技术可帮航天员用大脑更好地操控机械外壳，在特殊环境下执行任务;在教育领域，它能训练学生的注意力等。
最具吸引力的还是脑机接口技术的未来前景。“未来脑机接口的应用场景有哪些？可以想想我们平时用大脑做了哪些事情。”黄肖山说。
最根本的改变是，一旦大脑与计算机实现更好、更快地交互，人与人之间、人与计算机之间的交互效率将实现质的飞跃。
王毅军解释道，比如现在语言是人与人之间交流的重要方式，在说话前，大脑已编辑、形成相关信息，再通过控制肌肉运动将这些信息以语音的形式表达出来。这样通过语音对话进行交流的方式，效率很低。
“未来可以通过脑机接口实现生物智能与机器智能的融合，即脑机混合智能，使大脑与大脑之间，大脑与计算机之间直接进行信息沟通，信息沟通的效率将被大大提高，从而真正实现‘心想事成’和‘意念控制’。”王毅军说。
前景美好但存在发展瓶颈
尽管前景十分美好，现阶段脑机接口技术还存在很多尴尬的问题。
“以目前侵入式的脑机接口技术应用为例，在大脑中植入电极后，周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来，电极监测到的神经元活动会越来越少。”王毅军说，几年甚至几个月后，电极就完全监测不到神经元活动，如果需要再次使用，就得重新植入电极。而电极的植入不但会损伤大脑神经元，也会有感染的风险。
头戴式的脑电帽虽然不会损伤大脑，但每次使用时都需要洗干净头发，往脑电帽的电极中注入导电胶，操作起来十分麻烦。
抛开上述问题，脑机接口的应用效果也不是很理想。比如通过脑机接口操控的机械臂还很难像真人的肢体一样灵活。總体来说，脑机接口系统还缺乏安全、高效、成本又低的解决方案。
“脑机接口是一项综合性非常强的技术，涉及众多技术领域。”黄肖山说，正因如此，脑机接口的发展也受制于相关技术的成熟程度。
首先脑电信号的采集涉及到材料学，因为植入大脑的装置，十分容易造成人体感染，那么就需要改进材料技术去解决这一问题。
同时还需要精密电子电路技术，因为脑机接口需要采集神经元发出的信号，这些信号极其微弱。假如电路中的噪音稍大，就会影响脑电信号的采集。
人工智能也是脑机接口需要利用的一项基础技术。因为在采集大量脑电信号之后，需要训练人工智能系统，使其学会分析处理这些复杂的信号。
医疗技术更是不可或缺。正如影片《阿丽塔：战斗天使》中展示的，在到处都是半机械人的废铁城中，医生扮演着重要角色。现实中，脑机接口技术在医疗领域的应用也离不开相关医疗技术的精密配合。
“但最重要的方面是脑科学研究。因为只有知道大脑是怎么回事，了解大脑是如何运作的，才能更好地解读大脑生成的信息。”黄肖山说，目前对于诸如听觉和视觉等只涉及大脑局部区域的脑电信号，学界已了解得比较深入。但对于大脑高级功能产生的脑电信号，比如回忆、复杂情感等，学界目前对其了解程度还很有限。
这是最近上线的科幻电影《阿丽塔：战斗天使》中的情节。该片呈现了一个人机融合极为普遍的未来世界。其中形形色色的半机械人，都离不开脑机接口（Brain Computer Interface，简称BCI）的支撑——毕竟，离开大脑的指挥，功能再强大的机械肢体也难以动弹。
其实，脑机接口技术早已不属于纯科幻。尽管离《阿丽塔：战斗天使》中描绘的发展程度相差甚远，但现实生活中的脑机接口技术已开始崭露头角。
一种全新的人机交互方式
敲键盘是我们与计算机交互的主要方式，近几年兴起的语音交互是人工智能技术带来的新的交互可能。而脑机接口技术将再次带来全新的人机交互方式。
“脑机接口是让大脑和机器直接沟通的一种系统，它可以让人脑与机器互联，人机之间的信息传递或通讯控制会变得更加方便。”中国科学院半导体研究所研究员王毅军在接受笔者采访时说。
简单来说，就是可以靠直接提取大脑神经信号来控制外部设备。
“从技术上来说，脑机接口技术可分为侵入式和非侵入式两大类。”王毅军说。
在大脑中植入电极或芯片属于侵入式的脑机接口。人的大脑中有上千亿个神经元，通过植入电极，可以精准地监测到单个神经元的放电活动。这种方式的缺点是会对大脑造成一定损伤。
而头戴式的脑电帽则属于非侵入式的脑机接口，它主要是使用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。这种方式可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，缺点是不够精准。
其实早在半个世纪前，科学家就有了将大脑与机器连接起来的想法。只不过，相关技术一直不太成熟，脑机接口技术进展缓慢。直到2000年左右，脑电波检测等技术的重大进展，为脑机接口技术注入新的发展活力。
如今，脑机接口技术已成为科技大佬们关注的前沿技术。
美国太空探索技术公司（SpaceX）掌门人埃隆·马斯克就投资了一家名为“Neuralink”的脑机接口初创公司。脸书公司也于2017年透露，它拥有一支工程师团队研发脑机接口技术。该团队计划用光学成像设备每秒扫描大脑100次，从而实现让用户直接用意识打字。
相关研究应用已越来越多
“尽管与科幻电影相比，现实生活中的脑机接口技术仍处于早期发展阶段，但相关应用已经越来越多。”博睿康是一家关注脑机接口技术的国内企业，该公司总经理黄肖山在接受笔者采访时说。
医疗领域是脑机接口的主要用武之地。美国研究人员曾展示，利用脑机接口技术，使残障患者通过控制机械臂进行活动，比如拿起水杯喝水。
“但脑机接口不一定非要用来控制机械臂。”黄肖山介绍，这种技术目前还可以用来进行神经系统疾病的诊断和康复。比如，癫痫病人的大脑会出现某个区域的神经元异常放电，通过脑机接口技术检测到神经元异常放电后，可以对大脑进行相应的电刺激，从而减少癫痫发作。
王毅军表示，中风患者在失去肢体控制能力后，也可以通过脑机接口技术对患者的大脑运动皮层进行训练，帮助病人进行康复。
除医疗领域外，脑机接口技术目前还被用于航空航天、教育、娱乐等多个领域。例如，在航空航天领域，该技术可帮航天员用大脑更好地操控机械外壳，在特殊环境下执行任务;在教育领域，它能训练学生的注意力等。
最具吸引力的还是脑机接口技术的未来前景。“未来脑机接口的应用场景有哪些？可以想想我们平时用大脑做了哪些事情。”黄肖山说。
最根本的改变是，一旦大脑与计算机实现更好、更快地交互，人与人之间、人与计算机之间的交互效率将实现质的飞跃。
王毅军解释道，比如现在语言是人与人之间交流的重要方式，在说话前，大脑已编辑、形成相关信息，再通过控制肌肉运动将这些信息以语音的形式表达出来。这样通过语音对话进行交流的方式，效率很低。
“未来可以通过脑机接口实现生物智能与机器智能的融合，即脑机混合智能，使大脑与大脑之间，大脑与计算机之间直接进行信息沟通，信息沟通的效率将被大大提高，从而真正实现‘心想事成’和‘意念控制’。”王毅军说。
前景美好但存在发展瓶颈
尽管前景十分美好，现阶段脑机接口技术还存在很多尴尬的问题。
“以目前侵入式的脑机接口技术应用为例，在大脑中植入电极后，周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来，电极监测到的神经元活动会越来越少。”王毅军说，几年甚至几个月后，电极就完全监测不到神经元活动，如果需要再次使用，就得重新植入电极。而电极的植入不但会损伤大脑神经元，也会有感染的风险。
头戴式的脑电帽虽然不会损伤大脑，但每次使用时都需要洗干净头发，往脑电帽的电极中注入导电胶，操作起来十分麻烦。
抛开上述问题，脑机接口的应用效果也不是很理想。比如通过脑机接口操控的机械臂还很难像真人的肢体一样灵活。總体来说，脑机接口系统还缺乏安全、高效、成本又低的解决方案。
“脑机接口是一项综合性非常强的技术，涉及众多技术领域。”黄肖山说，正因如此，脑机接口的发展也受制于相关技术的成熟程度。
首先脑电信号的采集涉及到材料学，因为植入大脑的装置，十分容易造成人体感染，那么就需要改进材料技术去解决这一问题。
同时还需要精密电子电路技术，因为脑机接口需要采集神经元发出的信号，这些信号极其微弱。假如电路中的噪音稍大，就会影响脑电信号的采集。
人工智能也是脑机接口需要利用的一项基础技术。因为在采集大量脑电信号之后，需要训练人工智能系统，使其学会分析处理这些复杂的信号。
医疗技术更是不可或缺。正如影片《阿丽塔：战斗天使》中展示的，在到处都是半机械人的废铁城中，医生扮演着重要角色。现实中，脑机接口技术在医疗领域的应用也离不开相关医疗技术的精密配合。
“但最重要的方面是脑科学研究。因为只有知道大脑是怎么回事，了解大脑是如何运作的，才能更好地解读大脑生成的信息。”黄肖山说，目前对于诸如听觉和视觉等只涉及大脑局部区域的脑电信号，学界已了解得比较深入。但对于大脑高级功能产生的脑电信号，比如回忆、复杂情感等，学界目前对其了解程度还很有限。