无需动手或开口,仅凭意念即可在屏幕上流畅输入文字,这一曾仅存于科幻作品中的场景正随着脑机接口技术的发展成为现实。近期,美国麻省总医院与哈佛大学医学院的研究人员在《自然·神经科学》期刊上公布了一项突破性研究。他们开发出一种新型脑机接口,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打字速度的81%,且错误率仅为1.6%。此项研究不仅为肌萎缩侧索硬化症(渐冻症)及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正从实验室演示阶段迈向临床应用。
这项技术的关键在于,它直接在大脑与外部设备之间构建了一条“信息桥梁”,从而绕过了受损的神经和肌肉系统。以往的研究尝试通过解读大脑的“发声”意图来合成语音,或是识别手写笔迹,但这些方法要么速度较慢、易出错,要么对患者残存的运动能力有特定要求。
相较之下,电脑键盘打字是人们普遍熟悉的操作方式。研究团队正是抓住了这一点,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而瘫痪)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这些“尝试打字”的神经信号,并由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句的练习即可完成校准,这种“即学即用”的低门槛特点,为技术融入日常生活奠定了基础。
这项研究只是脑机接口技术快速发展的一个缩影。全球范围内,脑机接口技术正在多个领域加速推进。在重症医疗领域,植入式设备帮助患者重新连接世界: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并玩游戏;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,技术创新也在快速迭代——澳大利亚悉尼科技大学的研究人员利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通过少通道“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,未来有望解码更复杂的图像、音乐乃至思维过程。
然而,脑机接口技术从实验室走向实际普及仍面临诸多挑战。例如,植入式设备的长期生物相容性、无创技术的信号解码精度,以及如何实现更自然的“双向交互”(即能够读取大脑指令,也能向大脑写入触觉等感知信息)等问题,都是未来需要解决的难题。此外,设备的小型化、轻便化、可穿戴性,“即戴即用”的便捷性,以及降低手术创伤也是需要考虑的方面。同时,随着大脑信号的读取和解析成为可能,如何保护个人“思维隐私”和神经数据安全,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,脑机接口将逐步实现从“功能的重建”到“潜能的拓展”,最终发展为人机共融的“脑机智能体”。从辅助失语患者恢复表达,到为截肢者配备智能假肢,再到对人脑的思维、意识等认知功能进行解码重构,以及发展脑机融合智能,脑机接口技术的潜力巨大。当“心想事成”不再仅仅是一句祝福,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)
Emma Wilson
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