腦機(ji)接口（Brain Computer Interface, BCI）是(shi)指在人腦與計算機(ji)或其他電(dian)子(zi)設備之間建立的(de)直接交流和控制(zhi)通(tong)道，通(tong)過(guo)這種(zhong)通(tong)道，用戶可(ke)直接通(tong)過(guo)大腦思維來表(biao)達想法或操縱(zong)設備。隨著科(ke)技(ji)的(de)飛速發(fa)展，BCI技(ji)術已經(jing)從科(ke)幻電(dian)影走進現實(shi)，成(cheng)為醫(yi)學研究的(de)前沿領域，為輔助癱(tan)瘓(huan)患者恢(hui)復(fu)行動能(neng)力、治療(liao)神經(jing)系統疾(ji)病等提(ti)供了新的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。
一、研究進展
腦(nao)機(ji)(ji)接(jie)口(kou)在醫療領域(yu)的(de)應(ying)用(yong)是其發(fa)(fa)展的(de)第一推動力，目前(qian)主要經歷了(le)概念(nian)探索(suo)、科(ke)(ke)學論(lun)(lun)證和(he)臨床(chuang)應(ying)用(yong)3個階段。1924年，腦(nao)電(dian)波的(de)首(shou)次發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)為(wei)大(da)腦(nao)研究(jiu)奠(dian)定了(le)基礎(chu)。1970年，美(mei)國(guo)組(zu)建團隊開始進(jin)行腦(nao)機(ji)(ji)接(jie)口(kou)相關研究(jiu)，各國(guo)團隊也相繼開展探索(suo)，實現(xian)(xian)(xian)了(le)刺激范式(shi)(shi)、腦(nao)機(ji)(ji)連接(jie)等(deng)(deng)技(ji)(ji)術突(tu)(tu)破。進(jin)入(ru)(ru)21世紀后，隨著(zhu)科(ke)(ke)學論(lun)(lun)證的(de)不斷完(wan)善、神經科(ke)(ke)學與(yu)相關技(ji)(ji)術的(de)不斷突(tu)(tu)破，各國(guo)紛紛開展腦(nao)機(ji)(ji)接(jie)口(kou)的(de)戰略布局，侵入(ru)(ru)式(shi)(shi)BCI技(ji)(ji)術和(he)非侵入(ru)(ru)式(shi)(shi)BCI技(ji)(ji)術都(dou)有了(le)較大(da)的(de)進(jin)展，如2004年實現(xian)(xian)(xian)了(le)通過侵入(ru)(ru)式(shi)(shi)腦(nao)機(ji)(ji)接(jie)口(kou)控制機(ji)(ji)械臂，2019年非侵入(ru)(ru)式(shi)(shi)解(jie)碼器將大(da)腦(nao)信號轉化(hua)為(wei)語音信號。相關專利量(liang)、論(lun)(lun)文發(fa)(fa)表量(liang)呈現(xian)(xian)(xian)爆發(fa)(fa)性增(zeng)長，涌現(xian)(xian)(xian)了(le)Neuralink等(deng)(deng)一批初創公司，概念(nian)應(ying)用(yong)產(chan)品相繼推出。此外(wai)，隨著(zhu)認知/協同BCI等(deng)(deng)新范式(shi)(shi)的(de)不斷涌現(xian)(xian)(xian)，其應(ying)用(yong)也從臨床(chuang)醫學向娛(yu)樂游(you)戲、汽車等(deng)(deng)多元化(hua)領域(yu)拓(tuo)展，逐漸形成產(chan)業化(hua)趨勢(shi)。
圖(tu)1 腦機接(jie)口醫學應用的發展歷程(cheng)
表1 21世紀后腦(nao)機接口的國內外研究進(jin)展
二、應用趨勢
經歷了幾十年的(de)發展，BCI在醫學領域(yu)的(de)應用(yong)研(yan)究逐(zhu)步深化(hua)，在診療肢體(ti)運(yun)動(dong)障礙、精神疾(ji)病、慢性意識障礙等領域(yu)展現出巨大的(de)應用(yong)潛力。
（一）肢體運動障礙診療
BCI技術通過(guo)直接解讀大腦信號(hao)并將其轉化為外(wai)部設備的(de)(de)控制信號(hao)，賦(fu)予(yu)患(huan)者與外(wai)界互動的(de)(de)新方式，在一定程度上彌補身體(ti)功能的(de)(de)損(sun)失，改善和(he)提高生活質量。
當前的研究(jiu)和(he)應用多(duo)為非侵入式，主要分為輔(fu)助性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)康(kang)(kang)復性(xing)(xing)(xing)(xing)兩類，是業界進(jin)展(zhan)相對較快的領域。輔(fu)助性(xing)(xing)(xing)(xing)BCI著重于替代或(huo)增強物(wu)理功能，通(tong)過(guo)(guo)(guo)捕捉患者的運(yun)動(dong)意圖，進(jin)而控制外部設備(bei)如假(jia)肢或(huo)外骨(gu)骼(ge)等。康(kang)(kang)復性(xing)(xing)(xing)(xing)BCI則專注(zhu)于通(tong)過(guo)(guo)(guo)神經康(kang)(kang)復訓練恢復或(huo)改善患者的運(yun)動(dong)能力，利用中(zhong)樞神經系(xi)統的可塑性(xing)(xing)(xing)(xing)，通(tong)過(guo)(guo)(guo)重復性(xing)(xing)(xing)(xing)刺激來(lai)強化神經元之間的突(tu)觸連(lian)接，促進(jin)修復。
圖(tu)2 腦(nao)機接口在肢(zhi)體運動(dong)障(zhang)礙診(zhen)療中的(de)應用
（二）慢性(xing)意識障礙診療
BCI技術通過捕捉(zhuo)和分析患(huan)(huan)者的(de)腦電信(xin)號(hao)，有(you)效識別和評估(gu)患(huan)(huan)者的(de)意識水平，從而實現對(dui)意識障礙的(de)診斷、評定和預(yu)后(hou)判斷。當(dang)前的(de)研究和應(ying)用多為非侵入(ru)式，在臨床(chuang)上已有(you)用于昏迷患(huan)(huan)者促醒治療的(de)案(an)例。
圖(tu)3 腦機接口(kou)在慢性意(yi)識(shi)障礙(ai)診(zhen)療(liao)中的(de)應用
（三）精神疾病診療
基(ji)于算法(fa)學習提(ti)取的(de)(de)腦電信(xin)號特征，能(neng)提(ti)供遠超其他生理信(xin)號的(de)(de)真實(shi)、深層(ceng)情感信(xin)息，從(cong)而實(shi)現(xian)對多種情緒的(de)(de)判別(bie)和分析。因此，基(ji)于腦電信(xin)號的(de)(de)神(shen)經反(fan)饋訓練、情感識別(bie)研究(jiu)可(ke)用于輔(fu)助記憶(yi)力(li)喪失(shi)、自閉癥等精神(shen)類疾(ji)病發(fa)病機制的(de)(de)研究(jiu)和治(zhi)療(liao)。目前(qian)國(guo)內外在(zai)將侵入式BCI技術用于抑郁癥輔(fu)助診(zhen)療(liao)方(fang)面(mian)取得(de)一定(ding)研究(jiu)進(jin)展(zhan)，但尚處實(shi)驗室研究(jiu)階段(duan)。
圖4 腦機(ji)接口在精神疾病診(zhen)療中的(de)應用
三、應用挑戰
技術(shu)上(shang)仍有諸多局(ju)限性(xing)。BCI系統在(zai)信號采(cai)集、識別精度、處理速度、系統穩定性(xing)和自適應性(xing)方面(mian)仍存在(zai)不足。大腦的(de)神經元(yuan)結構極為復雜，對大腦工作(zuo)機制(zhi)和反饋刺激(ji)的(de)研(yan)究還相對有限。人機交互界面(mian)操(cao)作(zuo)復雜、訓練周期長，針對不同患者的(de)定制(zhi)化研(yan)究難題亟(ji)待攻(gong)克(ke)。研(yan)發成本(ben)高昂、開發周期長，技術(shu)成熟度和產(chan)品化仍有較(jiao)長距(ju)離。
安全(quan)和倫理(li)面(mian)臨(lin)挑(tiao)戰。統一的(de)(de)BCI基礎理(li)論框架和科學評(ping)價體系尚處缺位(wei)，面(mian)臨(lin)知情同意(yi)、安全(quan)性(xing)、隱私(si)、主體性(xing)和公平(ping)性(xing)等(deng)倫理(li)問題(ti)。侵入式設備(bei)的(de)(de)高(gao)性(xing)能與創傷(shang)、出血(xue)、感染(ran)等(deng)腦(nao)損傷(shang)的(de)(de)高(gao)風(feng)(feng)險(xian)難(nan)平(ping)衡。思(si)想被(bei)掃描(miao)、讀出和監(jian)控的(de)(de)邊(bian)界(jie)尚難(nan)界(jie)定，存在隱私(si)泄(xie)露(lu)、黑客(ke)攻(gong)擊等(deng)風(feng)(feng)險(xian)。
跨學(xue)(xue)科(ke)(ke)人(ren)才緊缺。BCI技(ji)術(shu)和產(chan)品(pin)需要(yao)神(shen)經科(ke)(ke)學(xue)(xue)、生(sheng)理學(xue)(xue)、計(ji)算機(ji)科(ke)(ke)學(xue)(xue)、生(sheng)物醫學(xue)(xue)工程(cheng)和材(cai)料等(deng)多學(xue)(xue)科(ke)(ke)支持與(yu)協作，跨學(xue)(xue)科(ke)(ke)交叉(cha)融合型人(ren)才短缺，亟需從(cong)學(xue)(xue)習課程(cheng)設(she)置(zhi)、交叉(cha)培養與(yu)工作實踐等(deng)方面予以(yi)加強。
圖(tu)5 腦機接口技術研究與應用中(zhong)存在的(de)問題
四、總結與展望
在多學(xue)(xue)科演(yan)化(hua)驅動下，腦(nao)機(ji)接(jie)口技術正(zheng)不斷從(cong)(cong)科幻走(zou)向現實(shi)、從(cong)(cong)動物實(shi)驗(yan)走(zou)向人體試驗(yan)、從(cong)(cong)實(shi)驗(yan)室(shi)走(zou)向臨(lin)床和家用(yong)、從(cong)(cong)醫療(liao)領域走(zou)向更多領域。未來，腦(nao)機(ji)接(jie)口醫學(xue)(xue)應用(yong)有(you)望拓展至神經退(tui)行性疾病診(zhen)療(liao)乃至日常健(jian)康管理(li)等領域，但(dan)也仍需從(cong)(cong)以下維度加強引導(dao)和支持。
增強醫療領域應用研(yan)究能(neng)力。鼓勵科(ke)研(yan)院校和(he)企業加(jia)快腦機接口(kou)前沿技術(shu)布(bu)局與探索，持續推動基礎理論、前沿材料、先(xian)進算法等技術(shu)突破，不斷(duan)提(ti)升腦機接口(kou)關鍵元器(qi)件、芯(xin)片等關鍵技術(shu)及產品的研(yan)制水平。
持續完善產業發(fa)展(zhan)(zhan)生(sheng)態。以醫療、科研等需求為導(dao)向，加強產學研醫協同，推動(dong)樣本與數(shu)據的規范有序(xu)共享，打造應用研究-試驗(yan)發(fa)展(zhan)(zhan)-概念(nian)驗(yan)證-技術(shu)迭代-產業化(hua)發(fa)展(zhan)(zhan)的良性(xing)循環，提升BCI技術(shu)融合賦能水平。
完(wan)善腦(nao)機接(jie)(jie)口(kou)(kou)產(chan)業法律(lv)法規(gui)和技(ji)術標準(zhun)體系。加快推動腦(nao)機接(jie)(jie)口(kou)(kou)臨床應用標準(zhun)建(jian)設，建(jian)立行業標準(zhun)體系。出臺相關(guan)科技(ji)倫(lun)理(li)審查(cha)標準(zhun)，進(jin)一(yi)步細化、明(ming)確侵入(ru)式腦(nao)機接(jie)(jie)口(kou)(kou)倫(lun)理(li)臨床研究審查(cha)要點(dian)。
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