图片由AI生成 图/视觉中国

《黑客帝国》中，基努里维斯将“武功秘籍”上传大脑，秒变功夫高手；《盗梦空间》中，莱昂纳多迪卡普里奥通过脑机接口设备潜入他人梦境中的潜意识；《流浪地球2》中科学家进行数字生命实验，通过连接大脑的电极片，将思维意识上传到计算机，从而让人永生；《阿凡达》中，人类以脑机接口技术实现意识向人形机器人的转移，获得在异星自由活动的权利；《明日边缘》中汤姆克鲁斯则依靠脑机接口操控外骨骼战斗……这些虽然是科幻电影的桥段，但在现实中，人与计算机的互连对接已经成为可能，脑机接口正在逐渐走进日常生活，把我们“接入”未来。

脑机接口究竟是什么？

十四年前，一场车祸令老杨颈椎处嵴髓完全性损伤，ASIA评分为A级。这是嵴髓损伤最严重的一级，意味着损伤部位以下的运动和感觉功能完全丧失。

嵴髓就像意志与感觉的主干道，连接着大脑与躯干。这条通路的损毁，意味着大脑与躯干的“失联”，感觉无法传入大脑，想法也无法从大脑的“司令部”下达给肢体。对老杨来说，即便是想要喝水这样简单的需求，也只无法靠自己实现。

但在清华大学及首都医科大学宣武医院的脑机接口技术帮助下，十四年后，老杨终于凭借一支连接了他本人脑电波信号的气动手套，再度抓握住一瓶水，并送到了自己的嘴边。由此，他又产生了新的憧憬：未来，能自己亲手点燃香烟——过去的十四年里，如果他烟瘾犯了，妻子会替他点燃一支，然后放进他的嘴里。

在全球范围内，近几年来，“脑机接口”这个名词因美国企业家马斯克的高调参与，在公众面前混了个眼熟。2024年也是人类大脑电波被发现100周年，在这个颇有意味的时间点，以脑电波信号为基础的脑机接口技术在国内外的不少临床试验中迎来了突破性的进展——

2024年9月，上海2024外滩大会上，BrainCo智能仿生手展示脑机接口技术与人工智能算法如何帮助残疾人 图/视觉中国

1月30日，清华大学宣布，其使用博睿康的国产脑机接口产品NEO与首都医科大学宣武医院合作，成功完成了全球首例无线微创脑机接口临床试验（即前文提到的老杨）；5月4日，由南开大学段峰教授团队牵头的全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功；5月25日，马斯克参与创办的脑机接口企业“神经连接”公司宣布已获美国食品和药物管理局批准开展人体试验；11月，上海首例脑机接口临床试验植入手术在华山医院完成……

2020年8月，埃隆马斯克（Elon Musk）展示了其旗下公司 Neuralink 脑机接口技术的实际应用过程 图/视觉中国

随着科技的飞速发展，脑机接口已被视为下一个生命科学和信息技术交叉融合的主战场，将那些科幻片中的大胆设想变为现实。

那么脑机接口到底是什么？

通常来说，它指的是一种在大脑与外部设备间创建全新信息交换通路。一方面它可将大脑信号转化为机器可识别的信号，实现对机器的有效控制；另一方面，它也能把外部设备信号转化为大脑可识别信号，从外部对大脑进行直接干预。

南开大学人工智能学院教授段峰认为，脑机接口的发展可以目前分为学术探索、科学论证、推广期这三个阶段。他介绍说：“从最开始即脑电波、波和波被发现的1924年，到1970年之前，是学术探索阶段；1970年到2000年左右是科学论证阶段，业界开始出现各种脑机接口系统；2000年以后尤其是2014年世界杯上人通过控制机械外骨骼开球，到了应用推广的阶段。”因此，脑机接口技术的发展可以说是一个不断从科幻走向现实、从动物实验走向人体实验、从实验室走向临床和家用、从医疗领域走向其他领域的过程。

三条技术路径

老杨是在2023年10月24日接受的手术。在手术台上，他的颅骨被凿开一个小孔，置入了两枚硬币大小的脑机接口处理器。手术后10天，老杨出院回家。居家使用时，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，实现脑机接口通信。

老杨的整个手术过程经历了比普通手术复杂得多的设计与环节。2023年4月，这项无线微创脑机接口的临床试验在宣武医院进行伦理审查。审查的核心在于权衡受试者的获益与风险。

2024年11月12日，博睿康医疗科技（上海）有限公司与清华大学生物医学工程系洪波教授团队合作研发的脑机接口产品NEO在复旦大学附属华山医院完成了全国第三例上海第一例临床试验植入手术 图/视觉中国

规避风险是手术设计时参与者考虑的首要问题——人脑有着层层包裹叠加的解剖结构。从头皮往下，分别要透过颅骨、硬脑膜、蛛网膜、软脑膜等组织，才会抵达脑组织。而若是想要更好地捕捉脑电波信号，或者给予更精准、更有针对性的信息反馈，那处理器就需贴近脑组织。然而，即便将开颅手术自身的风险放到一边不谈，大脑本身也可能因处理器的植入而受到损伤。

因此，放眼全球，不同的公司在设计处理器放置位置时有各自的考量，也由此产生了各类不同的产品。

据了解，目前，根据接口方式不同，脑机接口的技术路径分为侵入式、半侵入式和非侵入式，而老杨最终采用的是侵入式。

顾名思义，三者间的差异主要在于接口（即电极片与处理器）所处的脑部位置。

侵入式脑机接口需要通过神经外科手术将设备直接植入大脑组织中。这使得它们能够捕捉到最高质量的信号，从而实现更精细的控制。然而，这种类型的接口风险最高，包括感染、排异反应以及潜在的神经损伤等问题。通过手术将电极植入大脑皮层，以获取更加精确和高分辨率的大脑信号，但这种接口类型手术风险也较大，目前通常用于神经科学研究或临床试验中。

半侵入式脑机接口介于非侵入式和侵入式之间，通常将设备植入到头骨下方，但不进入大脑组织。这样的位置可以让设备更接近大脑，从而捕捉到更清晰的信号，同时减少了一些与完全植入相关的风险。

非侵入式脑机接口又叫脑外接口，这类接口在操作时不需要进入大脑组织。它们通过使用电极帽或其他外部设备来捕捉大脑表面的电信号，如电脑图（EEG）。这种方法风险较低，但由于信号较弱，所以只适用于一些比较基础的应用，比如注意力方面的应用。

在第4届亚洲残疾人运动会开幕仪式上，中国代表团游泳队的徐佳玲穿戴智能仿生手，用意识操控仿生手点燃火炬，图为训练中的徐佳玲 图/视觉中国

能治愈肢体，也能治愈情绪

三种不同的接口方式，赋予了脑机接口技术广阔的应用场景。

在医疗领域，清华大学、华山医院等在以脑机接口技术让截瘫病人“动”起来上跨出关键一步，而除了这些可见的肢体“治愈”之外，该技术也正被引入对抑郁、自闭、睡眠障碍等神经系统疾病的诊治。

2020年，上海瑞金医院功能神经外科中心主任孙伯民启动了一项名为“脑机接口治疗难治性抑郁症”的临床研究，无数篇有关“情绪开关”“一按就快乐了”的报道让研究迅速走红。难治性抑郁，在抑郁症患者中占约30%，它通常指使用两种以上抗抑郁药物，接受足量、足疗程治疗后仍未缓解的情况。而脑机接口研究的进步，能大大提高许多疑难神经、精神疾病如帕金森病、肌张力障碍、强迫症、抑郁症、精神分裂症以及酒精依赖等的研究和诊疗水平。

脑机接口能成为调控人类情绪的开关 图/视觉中国

事实上，“情绪开关”背后的科学原理并不是那么不可思议。

据孙伯民医生介绍，人的大脑有很多神经环路，其中一些被证实与情绪、情感、行为活动相关。通过手术，医生将两个电极植入大脑相应神经环路，并在胸腔右侧埋入起搏器，术后，医生用设备远程操控电极释放电流，刺激神经核团，调控因病变而紊乱的大脑神经环路，从而改善抑郁症状。通过带有脑机接口功能的起搏器，记录电生理信号，经过人工智能分析，成为医生研究抑郁症发病机制和调节电刺激参数的依据。

瑞金医院治疗难治性抑郁症的脑机接口设备模拟图图/瑞金医院微信公众号

“在未来，脑机接口将不仅仅是一种治疗方案，它会重塑人类看待情绪和情绪病的方式。”他这样说。

除了这种侵入式的治疗方式之外，使用非侵入设备同样也对情绪病治疗有效果，易昊翔和他的回车科技亦是这条前沿探索之路上的一分子。

回车科技成立于2014年4月，总部位于杭州，是一家专注于非侵入式脑机接口技术的公司，拥有70多项专利，同时也是目前国内唯一实现脑机接口产品硬件、软件和算法全流程国产化的企业。

在浙大求学期间，学习生物医学工程的易昊翔对把脑科学与信息技术相结合的学科融合产生了浓厚的兴趣，因而，回车科技可以说是一家从浙大的实验室里孵化出来的企业。

作为回车科技创始人兼首席执行官，易昊翔像所有前沿科技创业者一样，怀揣这以技术造福人类的美好愿景，“我们希望正在落地的数字疗法，最终能通过技术创新去造福整个社会”。

2023年，回车科技的“多模态生物反馈VR一体机”拿到了治疗失眠症的医疗许可证。相关数据显示，中国患有焦虑障碍的人群超过1亿人，面对这些精神障碍患者，常规诊断方式往往是依据患者自主填写的量表，但这存在误诊率和漏诊率高以及严重依赖医生经验等问题。在治疗方面，患者大多通过医生一对一的心理咨询或药物进行治疗，存在费用负担高、药物副作用和长疗程等问题。但若是使用多模态生物反馈VR一体机，却能为患者省下大概一半的费用。

易昊翔向笔者介绍了这台仪器的用法：当患者佩戴该设备问诊时，医生能通过多态生物反馈VR一体机观察到其脑电波的波动情况，以判断这名患者的精神状态。当开始治疗时，这款一体机便会播放认知行为疗法、呼吸训练、催眠音乐等相关内容。然后机器会监测患者的脑电波，并对其进行分析。这个过程中，医生可通过屏幕实时看到病人注意力、放松程度、压力水平、愉悦度等9个指标状态的数值变化。而在诊疗结束后，监测仪器会导出该病人的数据，并自动生成一份分析报告，这份报告可以辅助医生制订适合该患者的下一步治疗方案。而且，临床数据显示，在抑郁症和强迫症治疗上，目前患者分别采用数字疗法与药物治疗，两者的治疗效果相差无几。

他表示，公司目前的产品广泛应用于教育、睡眠、心理健康、军事训练、安全生产和玩具娱乐等多个领域。其核心产品“情感云”计算平台能通过可穿戴式的智能硬件（如头环、虚拟现实设备等），汇集起大量数据并优化算法，促进整个行业的产品迭代。这就好像是特斯拉的自动驾驶系统，依赖全球数百万辆车积累下来的真实数据和多样化的驾驶场景，包括复杂的道路和气候条件等，帮助其自动驾驶技术不断优化算法。

“让健康人变成超人”

在易昊翔看来，让病人变成健康人，这只是脑机接口技术改变生活的第一步，在走出这第一步之后，它还将实现第二步——让健康人变成“超人”。

在电影《流浪地球》系列中，观众已经在不知不觉中，近距离接触了一种能让健康人变成“超人”的脑机接口设备——人体外骨骼。

在电影《流浪地球》系列中，外骨骼是常见装备 图/《流浪地球》系列剧照

“外骨骼”一词最初来源于生物学，指的是昆虫、甲壳类动物的身体外部具有的坚硬支撑结构。这种结构为动物提供保护和支撑，人体外骨骼的设计灵感部分来自于此。

在电影中，无论是建筑施工的工人，还是搬运装备的勤务人员，再或者执行战斗任务的军事人员，外骨骼都是不可或缺的装备。这类设备可以通过捕捉肌电流和脑电波，帮助人类获得“超人”的力量或运动能力。比如一个人本来能负重50千克，但在外骨骼的帮助下，他也许可以轻松负重上百千克。

事实上，外骨骼并不是科幻电影的专属，在现实中，它已经运用在军事、抢险救灾，以及工业生产活动中。人和外骨骼的结合，一方面让人弥补了体能、耐力上的弱点，一方面又让机器变得更加智能灵活，达到了取长补短的效果。可见，脑机接口技术作为新质生产力的代表性领域之一，正在逐步重塑社会生活方式。

2024年6月，北京，8名救援人员穿戴“有源负重助行外骨骼”进行搬运工作 图/视觉中国

北京铁甲钢拳科技有限公司便自主研发了一款柔性机械外骨骼系统，公司创始人兼CEO王潮表示，目前外骨骼一般从控制系统方面可分为两类，纯人力做功外骨骼和人机共同做功的外骨骼。前一种就像一台“穿戴型挖掘机”，没有任何智控系统，工作时基本上是单纯从人的身体上收集信号，然后做力的放大。而后一种外骨骼具有一定的智能系统，能识别人的运动信号、判断人的运动意图，然后和人协同做功。因此，外骨骼实际上是一种“可穿戴的机器”。

易昊翔则介绍说，外骨骼不光能“助力”，还能“添翼”。通过脑机接口技术，人类可以利用脑电波同时操作多个外骨骼，就好像是变成三头六臂的哪咤，在同样的时间里，完成更多的事。

意念驾驶

汽车作为交通工具，能提供快捷的出行方式，提高人们的生活质量，但同时也容易因行驶的安全隐患引发相应的经济、社会问题。

据世界卫生组织统计，全世界每年因交通事故导致死亡的人数约有135万人，间接引发的非致命伤害人数可达5000万人，许多国家每年花费约3%的国内生产总值用于处理车辆带来的道路交通事故。

如今，随着脑机接口技术的发展，用人类自身的意念来驾驶，或可成为未来司机们的“神助攻”。

2023年8月，参展观众在2023世界机器人大会现场体验脑控无人机起飞 图/视觉中国

有别于无人驾驶利用定位、环境感知和计算机等设备，让汽车智能行进，“意念开车”指的是驾驶员念头一起，汽车就自动实现指令。

2020年8月28日，埃隆马斯克曾在新闻发布会上表示，脑机接口的终极潜力几乎是无限的，例如可以用“意念”召唤一辆自动驾驶中的特斯拉汽车。

事实上，“意念开车”不仅能召唤一辆车，它能实现的还有更多。早在2015年，我国的“脑控汽车”已在南开大学开跑。

2015年7月15日，南开大学进行了一场实验。实验员头戴装有16个采集点的脑电信号采集设备，通过脑电信号对一辆装有计算机处理系统、车载电控单元等装置的汽车“发号施令”。汽车在人脑的操控下能够准确执行启动、直线前进、直线倒车、刹车、车门上锁或解锁等规定指令。

这项“脑控汽车”研究由南开大学计算机与控制工程学院段峰团队与长城汽车共同合作完成。段峰说，技术前景值得期待，首先可应用于肢体残疾人士的驾车；同时，因为需要正常的“意念控制”，车辆才能正常行驶，这项技术也可运用到保障行车安全领域，例如预防酒驾等。

2019年6月，上海，亚洲消费电子展（CES Asia），日产汽车智能领域展台上无形可视化和脑控车技术 图/视觉中国

2021年12月，国防科技大学的一件专利《一种基于脑机交互的车辆控制方法及装置》获得授权，将脑机接口与智能汽车结合了起来。能通过脑机交互，实现超车、跟车、左转、右转、环道等变换复杂的驾驶环境。

2023年10月，中国第一汽车股份有限公司申请的《“一种路况适应性的确定方法、装置、车辆及存储介质”》专利公布。该专利涉及智能控制技术领域，方法包括：在车辆行驶过程中，获取当前时刻驾驶员的脑电信号，获取路障检测传感器在当前时刻的检测数据，识别脑电信号得到由驾驶员判定的路况信息，分析检测数据得到路障检测传感器的可靠性信息，基于路况信息和可靠性信息确定脑机接口对路况的适应性结果。该申请可以提升对智能车辆脑机接口安全性测试效率，从而提高脑控车辆运行的安全性和可靠性，还可以为脑控车辆在实际道路上的部署应用提供有效技术支持和理论支撑。

脑机接口技术在驾驶安全中的应用也受到了学术界的关注。

2024年3月，来自上海脑科学与类脑研究中心、西北工业大学、北京理工大学与韩国浦项科技大学的研究人员在学术期刊《交叉脑科学》（Brain-X）发表论文，提出4种同步脑电信号和肌电信号的混合脑机接口策略，称可实现车辆高速行驶时对驾驶员复杂刹车意图的检测。

该论文称，相比于驾驶员正常的刹车反应时间，其“脑控刹车”模型实现了高于250毫秒的提前检测时间，由此可带来将近8米的安全距离，从而减少交通事故的发生。

前沿科技挑战多

2024年11月，工作人 员在北京举行的2024中国国际福祉博览会暨中国国际康复博览会上展示基于脑机接口的主动康复系统 图/视觉中国

虽然脑机接口技术已经在临床医疗实验上得到了不少可喜的结果，但作为一项还在前沿探索阶段的技术，它依然存在不少难点。在易昊翔看来，技术上的难点主要集中在三个方面。

首先是信号采集方面。

非侵入式脑机接口通过附着在头皮上的穿戴设备来记录和解读大脑信息，虽安全性高，但易受颅骨和噪声干扰，信号质量和分辨率低，只能处理简单的二分类任务，如摇头、眨眼等动作都会使信号混乱，且人类对于脑电信号的解析能力有限，目前在特定应用场景（如睡眠监测和干预）有一定优势，但在更多复杂应用场景中受限。

侵入式需通过手术将电极植入大脑内部，可获得最高质量的神经信号，但存在较高安全风险，可能引发并发症，如感染、免疫反应等，还可能因电极移动造成脑损伤。而且电极材料需在感知并传输电信号的同时，会引发人体强烈排斥反应，会在植入的设备上结成一层“覆膜”，致使链接点失效，所以保证长期安全和有效性是难点。

其次是信号解读方面。

人类大脑拥有约860亿个神经元，其运作机制极为复杂，人们对大脑高级功能如情感、记忆、疼痛等的了解还非常少，对神经系统复杂的运作机制认识有限。虽然能采集到脑电信号，但如何解读这些数据庞大的“大脑话语”，并翻译为机器能读懂的代码是巨大挑战。

大多情况下，大脑会同时发出多条指令，而随着技术发展，可采集到的脑电信号数据量也越来越庞大。因此设备所能采集到的毫秒级电信号就像“天书”，要将其转化为机器可执行的指令，如控制外部设备执行动作（如开关瓶盖等），需要深入研究信号所代表的具体含义和模式都需要经过大量的反复实验，并动用算力超强的计算机，以提高算法的准确性、效率和适应性，以应对不同个体、不同大脑状态下的信号解读需求。

最后是材料技术方面。

脑机接口中涉及的材料技术主要分为两方面。一是材料的生物兼容性，植入大脑的材料可能引发排异反应，导致采集的信号衰减等问题，如何提高植入材料的生物兼容性，使其在长期植入过程中能与大脑组织良好共存，且不影响信号采集的稳定性和准确性，是需要解决的重要问题。二是材料对脑电波的传导能力，一般来说金属对脑电波的传导性是最强的，尤其是金，但若是使用金，一来造价成本过高，对设备普及造成困难；二来导致外置设备重量过重，佩戴不适。因此，研究者也在尝试织物类材料来制作头环、脑电波帽等，但织物类又存在损耗快的劣势。总之，材料技术上的难题也是亟待突破的。

此外，脑机接口技术的发展和克隆技术一样，同样引发了一系列科研伦理问题，如隐私保护、人类自主性、潜在的滥用风险等。当脑电波被感知、记录，人的思维可能处于全面暴露的风险之中，如何确保个人隐私安全是一个关键问题。另外，对于脑机接口技术在人类认知、心理和精神方面的调控作用，以及可能对社会公正和公平产生的影响，需要深入探讨和规范。例如，是否应该允许通过脑机接口移植记忆来解决学习问题，这涉及教育公平和人类自身发展的伦理考量。

对此，易昊翔认为，大可不必将脑机接口技术视为潘多拉的盒子。“我始终觉得，技术没有好坏，而在于使用它的人。我们放眼历史，从蒸汽革命开始，技术从大的方向行来说，一直都在推动人类文明的发展，当中出现的一些问题，正是需要通过法律法规、行业规范，还有道德等方面的约束和引导。”

事实上，为了促进脑机接口、人—非人动物嵌合体等领域的规范研究，2024年2月，国家科技伦理委员会人工智能伦理分委员会和生命科学伦理分委员会已经分别研究编制了《脑机接口研究伦理指引》和《人—非人动物嵌合体研究伦理指引》，供相关科研机构和科研人员参考使用。

2024年5月世博展馆“中国光谷”展台，衷华脑机展示无线植入式脑机接口系统 图/视觉中国

普及或在下个十年

据了解，工业领域是除医疗领域外，目前应用最广泛的一个领域，像采矿、基建、石油石化、电网建设等都可以应用，以提高施工安全性和效率。把脑机接口硬件嵌入到日常的安全帽里，作业时可以通过这个安全帽进行预警和干预，实时对精细化操作的工人进行状态分析，根据其状态给予及时干预，避免由于状态不佳出现操作失误，造成重大损失；另外，通过对工人身体状况进行实时监测，避免其身体状态急剧下降出现伤亡。

脑机接口在开矿方面的应用也将在一定程度上降低矿难的发生。未来，像矿山这种高危场景，将是脑机接口工业领域应用的一个主战场。

此外，驾驶领域也将被惠及。脑机接口可以对司机状态进行实时识别，以及预警干预，在出现风险隐患时，就提前通知到人。

脑机接口能够帮助提高学习效率，尽管目前还没有广泛应用，但将脑机接口用于发掘人脑潜力是值得期待的。且研究证明，脑机接口对于运动员的专注力训练很有效。

健康人使用的场景最多还是打游戏，主要是靠脑机接口增强人的认知和感官能力，来实现游戏控制。随着技术的不断突破和应用场景的不断拓展，脑机接口技术有望实现大规模应用。

因此不少从业专家认为，预计未来十年内，随着技术的普及和成本的降低，脑机接口技术也将逐渐进入普通人的日常生活，为人类带来更加便捷、智能的生活方式，成为普通人可以使用的技术，成为由我们思维控制的重要辅助设备，像使用手机、电脑一样方便。

图片由AI生成 图/视觉中国

不过，技术的普及和成本降低也并非易事。以医疗用途的脑机接口设备为例，想从实验室里的样品成为工厂里的产品，那需要获得医疗器械注册证在内的十多项审核和多次临床实验，还需要考虑成本和工艺的可行性；从工厂里的产品再到走入寻常百姓家的商品，还需要考虑如何构建起自己的商业模式，要有设计感、舒适性，等等。

“实验室的样品阶段，我们或许可以不计成本、不考虑是否有设计感、佩戴是否舒适，只考虑把东西做出来，但是到了产品和商品阶段，想要去普及、去商业化，就不能不考虑这些事”，易昊翔表示，每个阶段都需要投入大量的资金，因此在整个行业当中，目前风险投资是最主要的资金来源，回车科技就拿到过数千万元人民币的风投，“不过这些资金可能只够企业申请适营证、注册证。其次是和大学或医院合作的科研经费、政府产业基金的支持，只有少数企业可以实现将自身已商品化的技术去反哺技术和产品研发”。