你是否曾梦想过仅凭意念就能操控机器？如今，这项曾经只存在于科幻小说中的技术，正在逐步走向现实。脑机接口（BCI）技术，正致力于打破大脑与外部世界之间的壁垒，为人类带来前所未有的可能性。从 20 世纪 20 年代的科学幻想，到 21 世纪的技术爆发，BCI 技术经历了漫长的发展历程。如今，这项技术已经在医疗康复、教育娱乐等多个领域展现出巨大的潜力。
2024 年 9 月 25 日，程和平院士、吴朝晖院士、张旭院士、王以政院士等联合在《科学与社会（S&S）》期刊发表综述论文「脑机接口技术发展现状及未来展望」（图 1），该研究阐述了 BCI 技术的基本组成部分及其分类方式，并探讨了 BCI 技术当前面临的心理生理学、技术、产业和监管等方面的挑战。同时，该研究还展望了 BCI 技术的未来发展方向，预计在未来几十年内，BCI 技术将在硬件优化、软件集成、算法创新等方面取得显著进展，并可能实现在医疗、教育、娱乐乃至人机交互等多个领域的广泛应用！
图 1：相关研究（图片来源：中国知网）
首先，研究人员介绍了 BCI 技术的概念和意义，指出其能够绕过外周神经和肌肉，直接在大脑与外部设备之间建立通信与控制通道，具有重要的应用价值。BCI 系统主要由用户（大脑）、脑信号采集、脑信号处理与解码、控制接口、机器人等外设和神经反馈构成（图 2）。同时，BCI 系统也可以集成神经科学、信号处理、计算机科学、人工智能以及电子工程等多个领域的知识。因此，BCI 系统不仅仅是单纯的技术集合，它还涉及多类技术和学科的综合交叉，是一个复杂的科学与工程系统。
图 2：脑机接口系统组成部分
接下来，研究人员分析了 BIC 领域的研究进展和市场规模。研究人员通过国家科技图书文献中心文献库和合享专利数据库的数据，展示了 BCI 相关论文（图 3）和专利申请（图 4）数量的快速增长，这表明该领域的研究活跃度正在显著提升。
图 3：历年脑机接口相关论文出版数量增长情况
图 4：历年脑机接口相关专利申请数量增长情况
另外，研究人员还分析了全球 BIC 领域的投资变化情况，指出该行业自 2016 年以来加速发展，并在 2021 年达到巅峰（图 5）。
图 5：全球脑机接口领域投资变化情况
最后，研究人员分析了 BIC 技术发展面临的挑战，包括心理生理学瓶颈、技术挑战、产业挑战和监管挑战，并指出心理因素、生理参数、个体差异等因素也会影响 BCI 系统的性能，导致显著的个体差异。此外，该研究也强调：在短期内，BCI 技术的应用将主要集中在医疗康复领域，特别是帮助中风及脊髓损伤患者恢复行动能力；中期来看，输出式 BCI 技术将拓展至教育、娱乐、军事和工业等领域，而输入式及双向交互式 BCI 则会进一步应用于医疗；长远而言，BCI 将转向功能改善与增强，实现脑机融合智能，并扩展人类的感知能力，增强记忆与认知功能！
总的来说，这项研究系统梳理了 BCI 技术的发展现状和未来发展方向，并强调了其重要性。研究认为，BCI 技术有望在未来为人类的生活和社会带来深远的影响，但要充分发挥其潜力，仍需克服一系列挑战。此外，未来还要继续深入开展多学科的合作研究、加强国际合作、完善法律法规，以推动 BCI 技术的健康发展！
参考文献：肖松, 程和平, 吴朝晖, 等. 脑机接口技术发展现状及未来展望. 科学与社会,2024,14(3):2-25.
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图片来源：图虫创意
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