无需动手或开口,仅凭意念即可在屏幕上流畅输入文字,这一曾经只存在于科幻作品中的场景,正随着脑机接口(BCI)技术的进步变为现实。近期,美国麻省总医院与哈佛大学医学院的研究团队在《自然·神经科学》期刊上公布了一项突破性进展。他们开发的新型脑机接口使四肢瘫痪患者能够通过“意念”在虚拟键盘上打字,其速度可达每分钟110个字符,相当于健全人使用智能手机输入速度的81%,错误率仅为1.6%。此项研究不仅为肌萎缩侧索硬化症(ALS)和高位截瘫等患者提供了高效交流的新途径,也标志着脑机接口技术正从实验室演示阶段迈向临床应用的关键一步。
该技术的核心在于在大脑与外部设备之间建立起一座“信息桥梁”,从而绕过受损的神经和肌肉通路。以往的研究尝试通过解码大脑的“发声”意图来合成语音,或识别手写笔迹,但这些方法普遍存在速度慢、易出错的缺点,或者对患者残余的运动能力有特定要求。
研究团队选择了人们最为熟悉的输入方式——电脑键盘打字作为切入点。他们让两名四肢瘫痪患者(一位患有肌萎缩侧索硬化症,另一位因颈椎脊髓损伤导致瘫痪)在脑海中模拟用手指敲击键盘的动作。植入大脑运动皮层的微型电极能够捕捉到这些“尝试打字”的神经信号,并利用深度神经网络模型将其转化为屏幕上的文字。该系统仅需约30句的训练即可完成校准,这种“即学即用”的低门槛特点,为该技术融入日常生活提供了可能。
这项研究只是当前全球脑机接口技术快速发展的一个缩影。在重症医疗领域,植入式设备正帮助患者重建与世界的连接。例如,瑞士洛桑联邦理工学院的团队通过植入式“电子桥梁”,帮助脊髓损伤患者恢复了行走能力;美国Neuralink公司已验证了受试者能够用意念控制鼠标和玩游戏;中国清华大学自主研发的“NEO”侵入式脑机接口也帮助瘫痪患者实现了脑控抓握。在非植入领域,技术创新也在加速迭代。澳大利亚悉尼科技大学的研究人员采用无创的多通道脑电技术,实现了意念语言的解码输出。中国科学院自动化研究所团队则利用少通道“SignBrain”可穿戴设备,实现了闭眼想象打字。目前脑机接口技术已能解码运动、语言和文字信息,未来有望实现对图像、音乐甚至思维过程等更复杂内容的解码。
尽管如此,脑机接口技术从实验室走向实际应用仍面临诸多挑战。植入式设备的长期生物相容性、无创技术的信号解码精度,以及实现更自然的“双向交互”(即读取大脑指令并向大脑写入触觉等感知信息)是亟待解决的难题。此外,设备的小型化、轻便化和可穿戴性,以及降低手术创伤也是发展方向。同时,随着大脑信号的读取和解析能力增强,如何保护“思维隐私”和神经数据安全,是技术发展必须同步应对的伦理问题。
随着微创、无创、可穿戴及双向闭环技术的不断成熟,脑机接口技术将逐步从“功能的重建”拓展至“潜能的拓展”,并最终发展为人机共融的“脑机智能体”。其应用前景广阔,从辅助失语患者恢复表达,到为截肢者配备智能假肢,再到解码重构人脑的认知功能,直至发展脑机融合智能,脑机接口技术的潜力巨大。当“心想事成”成为现实,一个深度融合人与机器的新时代正加速到来。
(作者为中国科学院自动化研究所研究员)



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