記憶解讀 意識解讀 身份認證

腦機接口技術賦能人類未來

近日在京舉行的2025中關村論壇年會發布的19項重大成果中，“北腦一號”智能腦機系統備受關注。通過技術植入，腦部患者可通過腦控實現運動想象和中文語言實時解碼，脊髓損傷四肢癱瘓患者可自己端杯喝水，甚至還能用意念控制無人機飛行……腦機接口技術作為我國著力推動的創新產業，它的發展正在為人類生活帶來革命性影響，特別是當它與當前快速發展的人工智能融合時，在醫療康復、無人駕駛、虛擬現實等前沿領域將有著廣泛的應用空間，為智能社會的到來提供更多安全且精準的支持。如今，我國在這一領域持續實現突破性技術進展。為深入了解當前我國腦機接口技術發展態勢，本報記者采訪了中國神經工程及腦機接口學科的主要創建者之一、清華大學生物醫學工程學院教授高小榕。

腦機接口實現人機交互

《中國社會科學報》：您從1998年起，就在中國開展腦機接口研究。您認為，我國在腦機接口技術方面的突破，有何重要意義？

高小榕：腦機接口技術的發展歷程已有50余年，其發展需從形式和功能角度進行分析。從形式角度看，腦機接口形式分為侵入式、半侵入式和非侵入式三種，其中非侵入式研究占比超80%。從功能角度看，腦機接口可實現打字（T）、寫字（W）和說話（S）三大類人機交互（以下簡稱“TWS”）。目前，侵入式和半侵入式腦機接口在技術和功能上更為先進，TWS三項功能均能實現。而非侵入式腦機接口雖然在安全性上更具優勢，但在功能實現上相對滯后，比如它實現打字功能已有20年，近期才實現寫字，但說話仍未突破。在我國，語言輸出方面一直未有顯著突破。上海華山醫院通過腦機接口技術成功解碼出患者的腦神經信號“2025新年快樂”，是國內首例侵入式柔性腦機接口臨床試驗，也是我國首次實現侵入式電極的在線語言輸出。

《中國社會科學報》：很多人可能對侵入式柔性腦機接口技術還不太了解。能否用比較通俗的語言，解釋侵入式柔性腦機接口技術是什么？它是如何實現大腦信號到語言文字以及動作的實時轉換的？

高小榕：侵入式柔性腦機接口是一種將具有柔性特質、能較好貼合腦組織的電極等裝置，植入大腦內部，實現大腦與外部設備之間信息交互，從而讀取或調控神經信號的技術。侵入式腦機接口，包括完全侵入式和半侵入式，目前主要用于醫學場景，即當患者出現身體障礙或行為障礙時，通過將電極植入大腦來實現功能恢復。這些操作的目標是盡可能提高功能表現，例如實現文字和動作的轉換。然而，侵入式接口的創傷性較大，尤其是當需要同時實現運動和語言解碼時，電極需要覆蓋更大的腦區，因為運動區和語言區在大腦中并不相鄰。目前，國際上傳統的侵入式接口通常只能實現單一功能，如運動控制或語言控制，而尚未有能夠同時實現兩者的成熟技術。

侵入式柔性腦機接口技術是通過將柔性電極精準植入大腦負責語言表達和運動控制的區域，采集大腦信號，并進行傳輸、放大、濾波等預處理，再借助自然語言處理算法和機器學習算法對大腦信號解碼，從而得到大腦表達語言與執行動作的意圖。最后，將解碼后的意圖轉化為文本指令，輸出語言文字，或轉化為控制指令傳輸至外部設備，驅動其做出對應動作，以實現實時轉換。

這次華山醫院同時實現動作控制和語言識別，但具體細節尚未公布，因此尚不清楚其是否需要更大的腦區覆蓋或是否采用了更先進的技術。相比之下，非侵入式腦機接口則因為可以覆蓋整個頭皮，從而能夠全面監測大腦活動。這種接口有望同時完成多種功能，例如語言和動作的解碼。

《中國社會科學報》：在腦機接口技術方面，您曾提出并實現了基于穩態誘發電位的腦機接口技術，通信速率在非侵入式方面處于世界領先水平，已成為腦機接口主要范式。基于穩態誘發電位的腦機接口技術的核心原理是什么？它為什么會成為腦機接口主要范式？

高小榕：在非侵入式腦機接口領域，我國一直保持著領先地位，特別是在穩態視覺誘發定位技術方面。這項技術通過給視覺一個固定頻率的刺激，在大腦中檢測到與頻率相關的信號，從而實現腦機接口功能。

我們團隊開發了一套統一的編解碼技術，使得打字速度在非侵入式腦機接口領域一直保持領先。即使與馬斯克的Neuralink這種侵入式腦機接口相比，我們的非侵入式腦機接口在打字速度上也毫不遜色，甚至接近觸屏的速度。

為智能社會提供更安全方案

《中國社會科學報》：當前我國的腦機接口技術在世界上處于怎樣的位置？與其他國家相比，我們的腦機接口技術優勢在哪里？還有哪方面需要繼續突破？

高小榕：在非侵入式腦機接口領域，中國取得了顯著進展，技術上具有許多特點，并在某些方面具有領先優勢。例如，非侵入式腦機接口在醫療康復、情緒管理等方面的應用已經較為成熟，并且設備的小型化、便攜化和可穿戴化成為未來趨勢。然而，在侵入式腦機接口領域，中國的發展相對緩慢。盡管腦虎科技等公司的出現標志著中國在侵入式腦機接口領域的進步，但總體而言，在功能上與國外仍存在一定的差距。

為了進一步推動腦機接口技術的發展，中國需要在幾個關鍵領域取得突破。特別是在電子器件方面，需要有重要的創新和進步。目前，中國從事侵入式接口研究的主要團隊集中在神經科學和材料科學領域，但電子器件方面的研究團隊相對較少。例如，馬斯克的團隊不僅吸收了神經科學和材料科學的科學家，還依賴于系統和電路科學家，因為侵入式腦機接口需要多個領域的協作，包括醫學、材料科學、電子和信息科學等。可以說，電子器件是腦機接口技術的核心組成部分，需要系統和電路方面的專家來推動發展。

此外，中國在腦機接口技術上的創新生態正在不斷完善，技術也在持續迭代。2024年，中國在新型接口、電極材料等方面取得了重要進展，部分產品的通道數和安全性高于國際水平，部分產品實現了獨特的漢語言解碼。這些進展表明，中國在腦機接口技術領域正在快速追趕國際先進水平，并在某些領域實現了國際領先。未來，中國需要繼續加強跨學科合作，特別是在電子器件和系統集成方面，以實現腦機接口技術的更大突破。

《中國社會科學報》：最近，您在做腦機接口技術哪方面的研究？是否取得新的進展？

高小榕：我們目前的研究主要集中在三個方面。首先，致力于意圖理解的研究。通過給受試者展示一幅畫或一段文字，我們能夠分析他們的大腦活動，從而理解他們的意圖或記憶。這方面的研究已經取得了一定的進展，為我們提供了深入了解人類思維和記憶的窗口。

其次，我們在身份認證領域取得了重要進展。我們提出利用腦紋進行身份認證，這是比傳統方法如指紋、虹膜、語音和人臉識別更安全的方案。傳統方法容易被破解，而腦紋識別則基于個人獨特的神經活動模式，難以被復制或篡改。例如，當我們記住某人的聲音后，再次聽到這個名字或聲音時，我們的大腦會產生特定的變化，這種變化是獨一無二的，無法被復制。

最后，隨著AI技術的發展，我們提出了“逆圖靈測試”的概念。傳統的圖靈測試是讓人類判斷與之交流的是機器還是人，如果人類無法區分，那么機器就通過了圖靈測試。而逆圖靈測試則是讓機器來判斷信息是由人類還是機器發出的。我們的目標是讓機器能夠識別其“主人”，這對于未來多智能體社會的構建至關重要。機器智能必須能夠區分人類和其他機器，否則社會秩序可能會受到干擾。

總的來說，我們在意圖理解和身份認證方面取得了顯著進展，特別是在利用腦機接口技術進行腦紋識別和逆圖靈測試方面。這些技術的發展將為未來的智能社會提供更安全、更智能的解決方案。

腦機接口應用領域廣闊

《中國社會科學報》：受到腦機接口技術倫理、安全等因素的制約，一直以來，非侵入式腦機接口是腦機接口技術研究的重點。您如何看待侵入式柔性腦機接口技術？您認為，該如何既實現腦機接口技術方面的突破，又守其倫理與安全底線？

高小榕：在腦機接口技術討論中，倫理和安全性是關鍵問題。長期植入的安全性以及患者健康與風險之間的平衡至關重要。非侵入式腦機接口在風險控制方面具有一定優勢，而侵入式電極的風險主要在于對大腦的損傷程度。侵入式電極面臨的一個核心問題則是材料的適配性。即使經過改造，侵入式電極與腦組織相比仍然相對較硬，對腦組織的侵害仍需考慮。

此外，大腦的排異反應也是需要克服的難題。最近出現的再生電極技術為這一問題提供了新的思路。與傳統電極不同，再生電極通過引導神經細胞生長到電極表面，從而減少對腦組織的損傷，并且動物實驗已證明其效果良好。如果再生電極技術能夠進一步發展，它可能會成為繼非侵入式電極之后的又一重要進展。未來，可能會通過手術等方式，將電極放入大腦，讓神經細胞自然生長到電極上，實現腦機接口功能，這不僅有望提高安全性，還能在倫理層面更具優勢。

《中國社會科學報》：腦機接口技術未來會應用在哪些領域？

高小榕：毫無疑問，腦機接口技術的應用前景廣闊，特別是在腦電圖（EEG）的應用方面。腦電圖自1924年被發現以來，已經有101年的歷史。在這一個世紀里，腦電圖的發現使人類對自己的認識有了三個重大進步。第一，腦電圖幫助我們識別癲癇。通過腦電圖，我們能夠檢測到癲癇發作前的異常腦電活動，從而證明癲癇發作是大腦的一種異常狀態。第二，腦電圖的發現讓我們對睡眠有了更深入的理解。過去，人們曾認為做夢是人類獨有的現象。然而，腦電圖的研究表明，做夢是所有哺乳動物共有的生理現象，包括猴子、大象、老鼠等。第三，腦電圖的出現使得腦機接口技術成為可能，我們可以通過腦接口實現大腦與外部設備的交互。

展望未來，腦機接口技術的應用將更加廣泛。首先，除了清醒和睡眠狀態，我們的大腦還存在多種狀態，如疲勞、高興、憤怒等，通過腦電圖或腦機接口技術，我們可以解讀這些信息。例如，我們實驗室正在研究通過電極監測兒童上課時的注意力狀態，能夠在30秒內判斷他們是否在認真聽講。這種技術可以應用于教育、醫療和人機交互等領域。

其次，逆圖靈測試將成為腦機接口技術的重要應用。也就是前面提到的只有讓機器區分出是人的命令還是機器發出的指令，才能更好地服務人類。

此外，夢境解讀將是腦機接口技術的另一個重要應用。目前，大多數人只能記住最后一個夢，而無法記住整晚的夢境。通過腦機接口技術，我們未來將能夠解讀夢境，甚至讀取記憶。這不僅可以用于記憶恢復，還可以應用于測謊等領域。

最后，人類獎賞機制的研究也將成為腦機接口技術的一個重要方向。通過腦機接口，我們可以更好地理解和掌握人類的獎賞機制，從而更好地管理人工智能的發展。這些未來的應用方向不僅具有科學意義，還將在社會、倫理和法律層面帶來深遠的影響。