脑机接口是指在人脑与外部设备之间建立起实时通信与控制系统,通过检测脑中枢神经信号实现脑与设备直接交互的技术。它被称为人脑与外界沟通交流的“信息高速公路”,是新一代人机交互和人机混合智能的前沿技术。
1973年,美国计算机教授雅克·维达尔首次提出“脑机接口”概念。20世纪90年代,美国研究者让猴子通过脑电波控制机械臂运动。此后,脑机接口发展逐步驶入快车道。
我国脑机接口技术的起步与国际上基本是平行的。作为中国神经工程及脑机接口学科的主要创建者之一,清华大学医学院长聘教授高小榕团队在1998年实现了脑控模拟鼠标。
历经30年发展,当下的脑机接口技术路线主要分为非侵入式、半侵入式和侵入式。非侵入式是无创的,半侵入式和侵入式都是有创的。三者的工作原理都是通过电极获取脑电信号,将其传输至芯片进行模数转化,再依靠算法进行编解码,实现大脑与外部设备之间的直接通信。
非侵入式技术是将脑电帽戴在头上,通过头皮表层来采集大脑信号;半侵入式又称“开颅不入脑”,将电极植入颅骨内,但不进入脑组织;侵入式则是通过开颅手术将微丝电极直接插入脑组织内部获取信号。
脑机接口主要实现打字、写字和语音三大类人机交互。目前,有创脑机接口基本实现了这三项功能,但因涉及不同脑区,三项功能还未同时完成。无创脑机接口实现了打字和写字功能,语音功能还期待突破。
侵入和非侵入都是形式,形式与功能必须统一,最终追求的目标都是让失能患者恢复功能。有创的脑机接口就像铁塔,信号很强,但覆盖范围有限。如果要全球都能用,就需要星链。要实现全功能,无创脑机接口更适用。科学家用通信领域的铁塔基站和星链打了个比方。