“腦機接口”技術：讓“腦控”成為現實

胡德文，國防科技大學教授、博士生導師，長期從事腦科學與認知科學研究，主持國家863計劃等10多項課題研究，獲國家自然科學獎二等獎。

單兵系統

虛擬現實

聯合作戰

核心提示

2014年世界杯開幕式上，巴西一名殘疾人利用腦控技術完成開球，向全世界觀眾展示了腦科學技術發展的魅力。國際腦研究組織宣布，21世紀是“腦科學時代”。

視點聚焦

人腦的智能

科學源於幻想，這話有一定道理。電影《阿凡達》男主角是一位坐在輪椅上的殘障人士。然而，他卻可以用思維去控制一具人造“外星人”軀體，演繹了一場“心靈感應”的神奇。電影《環太平洋》中，“機器人”大戰外星球怪獸，更讓鋼鐵之軀的機器人獲得了人腦的智能。

神奇科幻正逐步走向現實。這得益於“腦機接口”技術的創新發展，自上世紀70年代“腦機接口”技術誕生以來，經過近半個世紀的發展，如今已能實時捕捉大腦復雜神經信號，並用來直接控制外部設備，使得人和機械可以作為一個生命不同組成部分而共存。人腦思維控制外部物體不再是幻想，電影中的科幻情景已開始大步走進人們的生活。

外部設備 如何讀懂大腦神經信號

人的大腦是一個高度復雜信息處理系統，它由數十億的神經元通過相互連接來進行信息交流，以整體協調方式來完成各種各樣的認知任務。

在人類進化過程中，科學家發現，當人的大腦在進行思維活動、產生意識或受到外界的刺激（如視覺、聽覺等）時，伴隨其神經系統運行的會有一系列電活動，從而產生腦電信號。“腦機接口”技術就是通過採集大腦皮層神經系統活動產生的腦電信號，經過放大、濾波等方法，將其轉化為可以被計算機識別的信號，從中辨別人的真實意圖。其核心技術主要包括大腦神經生物信號採集技術、大腦神經生物信號處理技術、人機高效協同技術等。

就是說，人腦想執行某個操作，不需要通過肢體動作，通過“腦機接口”技術，即可讓外部設備讀懂大腦神經信號，並將思維活動轉換為指令信號，來實現人腦思維的操控。

意念控制 極具潛力的研究方向

自美國科學家提出“腦機接口”技術命題后，便成為腦科學與認知科學領域一個極具潛力的前沿研究方向。1988年，美國科學家實現了用大腦控制虛擬打字機操作。瑞士科學家加朗領導的研究團隊，實現了輪椅按人腦意識控制行走。2006年，日本研制出“混合輔助腿”，不僅能幫助殘疾人以每小時4公裡的速度行走和毫不費力地爬樓梯，而且可以托起40公斤的重物。2013年3月，英國研究人員開發出第一種用於控制飛船模擬器的“腦機接口”裝置，美國科研人員又創建了計算機模擬程序，戴在頭上后通過人腦意念便可控制飛船模擬飛行。

在我國，國防科技大學認知科學基礎研究團隊經過20多年的研究，現已實現讓機器人按照人腦的思維自由行走或執行某項操作。裝有“腦機接口”裝置的汽車，可以不通過人的肢體操作，而是通過採集腦信號，便可按照人腦的思維意識啟動、加減速或轉彎，時速可達5至10公裡。

發展應用 軍事強國群雄逐鹿

腦機接口，人機交互，為武器裝備操控提供了全新的智能化發展方向。

新世紀之初，美國就開始探討“腦機接口”技術軍事應用，投入巨資研究武器與人相互作用機理，研究用人的意念控制機器人士兵，以降低戰爭傷亡率。2004年，美又資助多個實驗室進行“思維控制機器人”研究，還聯合商業研發機構和地方政府開展腦聽器、心靈及生理響應系統、無線電催眠發生器等多項“腦機接口”技術研發。其“認知技術威脅預警”項目，已獲得初步科研成果，可使士兵在2∼3秒內識別視場范圍內100個威脅目標。美空軍還利用“腦機接口”技術，著力研究肌體協同控制。

2013年，美國防部披露了一項“阿凡達”研究項目，計劃在未來實現能夠通過意念遠程操控“機器戰士”，以代替士兵在戰場上作戰，遂行各種戰斗任務。未來，賦予武器裝備“隨心所動”的智能化操作，將不再是神話。

前景廣闊 加速邁向腦科學時代

腦科學具有廣闊的應用前景，世界經濟強國傾力加緊研究。20世紀90年代，美國率先提出“腦的十年計劃”，歐盟成立了“歐洲腦的十年”委員會，國際腦科學組織也採取多種舉措推動腦科學研究發展。1995年，日本政府宣布投入200億美元實施“腦科學時代”計劃，把“認識腦、保護腦、創造腦”作為腦研究三大目標。2013年4月2日，美國總統奧巴馬正式宣布開展人腦研究計劃。同年，歐盟計劃啟動為期10年的“歐洲人類大腦研究計劃”，希望能模擬一個完整大腦功能。目前，西方的著名大學幾乎都設有腦科學研究機構，一些企業也紛紛加入研究行列。

在我國，腦科學與認知科學被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006－2020年）》八大前沿科學問題之一，強調要加強“腦發育、可塑性與人類智力的關系”研究。2013年，作為“事關我國未來發展的重大科技項目”之一的“中國腦計劃”正式啟動。

21世紀，被稱為“生命科學、腦科學的百年”或“腦研究世紀”，伴隨著腦科學和認知科學的興起與發展，以人類為中心的認知與智能活動研究，已進入發展新階段。（王握文 李治）