在未來，你或許無需動一根手指就能使用智能手機或電腦。這是因為使之成為可能的技術——腦機接口(BCI)已經取得了快速發展，它有可能讓人們用意念控制設備。

　　腦機接口的研究主要是為了幫助殘障人士，尤其是那些無法進行交流的人(https://www.embs.org/pulse/articles/breakthroughs-in-brain-implants/)。這項研究已經取得了巨大的突破，例如最近的一項成果使得一名患有肌萎縮側索硬化癥(ALS，一種也被稱為盧伽雷氏癥的退行性疾病)的癱瘓男子能夠說話(https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/brain-computer-interface-helps-paralyzed-man-speak)。腦機接口也被用于幫助截肢者控制機械臂。

　　IEEE高級會員Santhosh Sivasubramani表示：“腦機接口正在顯著改善醫療效果。它們為多種病癥提供了新的治療選擇，包括幫助中風幸存者重新獲得行動能力和獨立性。這些技術提高了許多人的生活質量。”

　　基礎研究

　　1929年，隨著腦電圖(EEG)技術的發展，研究人員首次開始探索腦機接口這一概念(https://ieeexplore.ieee.org/document/10188493)。測量人類大腦電脈沖的能力讓一些人開始思考，是否有可能從這些電信號中解讀人們的意圖。20世紀60年代，研究人員進行的實驗表明，可以訓練猴子和貓減緩它們的腦電波節奏以換取食物。這一系列研究引出了新的問題。如果動物能夠控制它們大腦中的電脈沖，那么這些脈沖能否被用于控制物體呢?

　　到1988年，這個問題的答案是肯定的。馬其頓斯科普里智能機器與生物信息系統實驗室的研究人員利用腦電圖儀(EEG)發出的信號控制了一個機械臂(https://ethw.org/Milestones:First_Robotic_Control_from_Human_Brain_Signals,_1988)。然而，發展并非一帆風順。其他研究人員花了11年才重現這一壯舉。

　　腦機接口(BCI)的組成部分

　　一個腦機接口需要三個主要部分。首先，它需要一種獲取大腦信號的方式。其次，它必須對這些信號進行處理或者解讀。最后，它需要將信號發送到計算機或設備(如機械臂或輪椅)上，以實現某些操作。

　　大腦信號觀測

　　腦機接口最突出的形式依賴于非侵入性方法來測量電活動，通常是通過放置在頭皮上的傳感器。

　　最常見的腦機接口(BCI)使用非侵入性方法來測量大腦中的電活動。這通常是通過放置在頭皮上的傳感器來完成的。

　　非侵入性方法無法深入大腦，它們的信號可能不是很強，這可能會限制它們的有用性。但它們對患者來說通常更安全。

　　在過去20年里，也開發出了侵入性方法，這種方法需要通過手術將傳感器直接植入大腦。最著名的侵入性設備被稱為猶他陣列(Utah array)，它使用100個電極，深入大腦外層約1毫米。它推動了該領域的許多重要突破。

　　侵入性方法存在感染等風險，因為它們使用一根穿過顱骨的電線來傳輸數據和電力。因此，這種方法并不十分常見。截至2023年，只有大約50人接受了神經植入物(https://spectrum.ieee.org/synchron-bci)。

　　最近，出現了第三種選擇：微創植入物。這些植入物允許醫生通過顱骨上的小切口，甚至通過通向大腦的靜脈在大腦中放置電極。這種方法在降低侵入性腦機接口的醫療風險的同時，還能提供比非侵入性腦機接口更好的信號質量，從而達到了很好的平衡。

　　半導體行業的貢獻

　　腦機接口的快速發展依賴于其他領域的進步，例如半導體行業。

　　IEEE高級會員Eleanor Watson表示：“半導體制造技術如今正應用于醫學領域，從而能夠制造出極小的電極。薄膜微電極陣列現在可以貼在大腦皮層表面而不穿透它，提供了一種侵入性更小的選擇。”

　　其他的進步包括利用人工智能改進腦機接口(BCIs)解讀大腦信號的方式。

　　人工智能在腦機接口(BCIs)中的作用

　　當腦機接口(BCI)測量大腦中的一個信號時，它必須將該信號轉換為指令以控制外部設備。然而，這個過程并不容易。

　　一個原因是大腦通常同時在做幾件事情。例如，當大腦發送信號來移動機械臂時，它可能也會發送眨眼或呼吸的信號。

　　人工智能(AI)越來越多地被用于幫助減少大腦信號中的額外“噪音”。但人工智能的作用不僅僅是減少噪音。它有助于從原始大腦信號中挑選出重要的模式，這對于理解用戶想要做什么至關重要。人工智能還通過分析這些模式對用戶的意圖進行分類。利用監督學習，人工智能模型在大腦活動數據上進行訓練，這樣它們就能學會準確預測行為。

　　超越治療范疇?

　　雖然腦機接口研究的主要焦點是醫學應用，但在不久的將來，這些技術也可能對其他領域產生影響。不過，該領域仍處于起步階段，這意味著用腦玩電子游戲的日子還很遙遠。

　　盡管如此，仍存在一些近期的益處。

　　Watson表示：“科學研究將受益匪淺，因為腦機接口在各種狀態和條件下提供了有關大腦功能的寶貴數據。在輔助技術領域，腦機接口可以幫助殘障人士更有效地與設備及其周圍環境互動。在改善人機交互方面也存在潛力，腦機接口可能提供控制計算機或其他設備的新方法，將我們的大腦與機器相連，也許還能提高我們的認知能力、專注力和情緒。”

　　“盡管存在這些潛在的應用，但很明顯，目前腦機接口(BCI)研究的重點仍然堅定地放在醫療和治療用途上，在現階段的發展中，其他潛在應用屬于次要考慮因素。”