无需动手或开口,仅凭意念即可在屏幕上流畅打字,这一曾出现在科幻作品中的场景正逐渐成为现实,这得益于脑机接口技术的前沿进展。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》期刊上发布了一项突破性成果: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,速度可达每分钟110个字符,错误率仅为1.6%,这一速度相当于健全人使用智能手机打字速度的81%。这项研究不仅为渐冻症和高位截瘫等患者提供了高效沟通的新途径,也标志着脑机接口技术从实验室走向临床应用的关键一步。
这项技术的关键在于在大脑与外部设备之间建立一条“信息桥梁”,从而绕过受损的神经和肌肉。此前,科学家们曾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,但这些方法存在速度慢、易出错或对患者残余运动能力有特定要求的局限性。
研究团队选择从人们熟悉的电脑键盘输入方式入手。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——在脑海中想象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,随后通过深度神经网络模型将其转化为屏幕上的文字。该系统仅需30句练习即可完成校准,这种“即学即用”的低门槛特性为其融入日常生活提供了可能。
这项研究只是脑机接口技术发展的一个缩影。全球范围内,脑机接口技术正在多个领域加速发展。在重症医疗领域,植入式设备帮助患者重新与外界建立联系。例如,瑞士洛桑联邦理工学院的团队利用植入式“电子桥梁”帮助脊髓损伤患者恢复了行走能力;美国Neuralink公司已验证其设备可让受试者用意念控制鼠标和玩游戏;中国清华大学自主研发的侵入式脑机接口“NEO”也成功帮助瘫痪患者实现了脑控抓握。在非植入领域,技术创新也在快速迭代。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,实现了想象语言的解码输出;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、音乐乃至思维过程等更复杂内容的解码。
尽管如此,脑机接口技术在从实验室演示走向实际生活普及的过程中仍面临诸多挑战。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”(即既能读取大脑指令,又能向大脑写入触觉等感知信息)是未来亟待解决的难题。此外,还需要考虑如何使设备更加轻便易于穿戴,实现“即戴即用”,并降低手术创伤。同时,随着大脑信号可被读取和解析,如何保护“思维隐私”和神经数据安全,也是技术发展过程中必须同步解决的伦理问题。
随着微创、无创、可穿戴及双向闭环技术的不断成熟,脑机接口将逐步从“功能的重建”发展到“潜能的拓展”,最终实现人机共融的“脑机智能体”。其潜力巨大,可用于辅助失语患者恢复表达,为截肢者配备智能假肢,解码和重构人脑的思维、意识等认知功能,并发展脑机融合智能。当“心想事成”不再仅仅是一句美好的祝愿,而是触手可及的现实,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)