你是否曾夢想過僅憑意念就能操控機器？如今，這項曾經只存在于科幻小說中的技術，正在逐步走向現實。腦機接口（BCI）技術，正致力于打破大腦與外部世界之間的壁壘，為人類帶來前所未有的可能性。從 20 世紀 20 年代的科學幻想，到 21 世紀的技術爆發，腦機接口技術經歷了漫長的發展歷程。如今，這項技術已經在醫療康復、教育娛樂等多個領域展現出巨大的潛力。
2024 年 9 月 25 日，程和平院士、吳朝暉院士、張旭院士、王以政院士等聯合在《科學與社會（S&S）》期刊發表綜述論文「腦機接口技術發展現狀及未來展望」（圖 1），該研究闡述了腦機接口技術的基本組成部分及其分類方式，并探討了腦機接口技術當前面臨的心理生理學、技術、產業和監管等方面的挑戰。同時，該研究還展望了腦機接口技術的未來發展方向，預計在未來幾十年內，腦機接口技術將在硬件優化、軟件集成、算法創新等方面取得顯著進展，并可能實現在醫療、教育、娛樂乃至人機交互等多個領域的廣泛應用！
圖 1：相關研究（圖片來源：中國知網）
首先，研究人員介紹了腦機接口技術的概念和意義，指出其能夠繞過外周神經和肌肉，直接在大腦與外部設備之間建立通信與控制通道，具有重要的應用價值。腦機接口系統主要由用戶（大腦）、腦信號采集、腦信號處理與解碼、控制接口、機器人等外設和神經反饋構成（圖 2）。同時，腦機接口系統也可以集成神經科學、信號處理、計算機科學、人工智能以及電子工程等多個領域的知識。因此，腦機接口系統不僅僅是單純的技術集合，它還涉及多類技術和學科的綜合交叉，是一個復雜的科學與工程系統。
圖 2：腦機接口系統組成部分
接下來，研究人員分析了腦機接口領域的研究進展和市場規模。研究人員通過國家科技圖書文獻中心文獻庫和合享專利數據庫的數據，展示了腦機接口相關論文（圖 3）和專利申請（圖 4）數量的快速增長，這表明該領域的研究活躍度正在顯著提升。
圖 3：歷年腦機接口相關論文出版數量增長情況
圖 4：歷年腦機接口相關專利申請數量增長情況
另外，研究人員還分析了全球腦機接口領域的投資變化情況，指出該行業自 2016 年以來加速發展，并在 2021 年達到巔峰（圖 5）。
圖 5：全球腦機接口領域投資變化情況
最后，研究人員分析了腦機接口技術發展面臨的挑戰，包括心理生理學瓶頸、技術挑戰、產業挑戰和監管挑戰，并指出心理因素、生理參數、個體差異等因素也會影響腦機接口系統的性能，導致顯著的個體差異。此外，該研究也強調：在短期內，腦機接口技術的應用將主要集中在醫療康復領域，特別是幫助中風及脊髓損傷患者恢復行動能力；中期來看，輸出式腦機接口技術將拓展至教育、娛樂、軍事和工業等領域，而輸入式及雙向交互式腦機接口則會進一步應用于醫療；長遠而言，腦機接口將轉向功能改善與增強，實現腦機融合智能，并擴展人類的感知能力，增強記憶與認知功能！?
總的來說，這項研究系統梳理了腦機接口技術的發展現狀和未來發展方向，并強調了其重要性。研究認為，腦機接口技術有望在未來為人類的生活和社會帶來深遠的影響，但要充分發揮其潛力，仍需克服一系列挑戰。此外，未來還要繼續深入開展多學科的合作研究、加強國際合作、完善法律法規，以推動腦機接口技術的健康發展！
