“意念控制”真的来了

宋瑞 张建新

目前，出现在科幻大片中的“意念控制”场景正在成为现实，只需你大脑‘意念一动，机器人便会根据指令进行操作。专家表示，未来，脑机接口技术的应用场景会更加丰富，逐步“飞入寻常百姓家”，与人类生活密不可分。

在2009年的热播电影里，前海军战士能用“意念控制”阿凡达;近日，四肢瘫痪了30年的罗伯特在约翰斯·霍普金斯大学医学院向全世界展示了“意念控制”机械臂给自己喂食蛋糕。

如果可以实现“意念控制”，你最想用来做什么？

从“意念打字”到“脑控无人机”

“人脑控制”“人机互联”等出现在科幻大片中的场景正在成为现实，而这背后的科技便是脑机接口技术（BCI）。“我们在大脑里的想法，通常是通过神经外周组织或者肌肉组织表达出来，而脑机接口技术则是绕过这样的正常通路，在大脑和计算机之间直接建立联系。”天津脑科学中心主任助理、天津大学医学工程与转化医学研究院副教授许敏鹏说。

“脑控无人机系统在人机交互领域有广泛的应用前景，例如可与增强现实或虚拟现实技术相结合，用于远程的目标搜索、环境巡查、异常监控等场景。”许敏鹏介绍。

在此之前，许敏鹏团队就曾实现了“意念写字”和“意念打字”。

2019年1月，一份通过“意念”书写的“福”字得以完成。受试者只需佩戴可测量脑电波的脑电极帽，并想象移动手臂，就可以让与电脑系统相连的机器臂随意念而动，在纸张上一笔一画地写出“福”字。

此外，许敏鹏团队利用脑机接口技术帮助人们越过键盘打字环节，用“意念”解码输出汉字、字符。经过训练的受试者可做到通过布满字符的虚拟键盘，在无需双手操作的情况下，实现超过普通人用触屏手机打字的速度。

帮助脑卒中患者康复

脑卒中患者徐宝钏已经可以在辽宁大连的家中自行扶着把手上下楼，这让他对康复更有信心。“2019年，我因患脑出血导致身体左侧偏瘫，手腕、脚踝关节都无法正常活动。”徐宝钏说，经历一系列理疗、针灸、按摩等传统肢体康复训练后，一直效果不理想。

2020年5月，他来到天津大学天津医院康复科，接受基于脑机接口技术的康复训练。经过十余次治疗，他在摘除脑电极帽后已经能自行进行腕关节背伸、踝关节背屈等运动。

该医院康复科副主任医师李奇说，2019年7月，天津医院将“神工二号”人工神经康复机器人系统应用于神经康复治疗的临床实验中。该系统在患者体外，仿生构筑了一条人工神经通路，经过模拟解码患者的运动康复意念信息，进而驱动多级神经肌肉电刺激技术产生对应动作。

一年多来，医院接收了40余例脑卒中、周围神经损伤患者，治疗效果都有明显提升。

“患者在运动康复训练的同时，该系统能促进患者受损脑区功能恢复、修复，并具有重建体内神经通路的可塑性。”李奇补充道。

“我們的目标是将‘神工设计成体积更小的可穿戴便携设备，不仅辅助病人完成更多复杂而精细的肢体动作，还可以实时读取大脑激活状态，从而及时调整康复训练模式。”天津大学神经工程团队成员刘源说。

人类首次太空脑机交互

脑机接口技术既能脚踏实地，帮助患者进行康复训练;也能仰望星空，为人类解锁深空带来更多可能。

2016年，在我国天宫二号与神舟十一号载人飞行任务中，天津大学神经工程团队联合中国航天员中心成功开展了人类历史上首次太空脑机交互实验。

“两名航天员在太空中先后进行了运动想象等经典范式的实验，通过高度个人定制化的模型，实现了对航天员意念的实时识别。”许敏鹏表示，在太空环境中，航天员完成看似简单的任务都会受到极大限制，脑机交互让航天员多了一只手，能减轻其作业负荷。

由于上天设备要求重量小、性能高、更集约，2019年，该团队与中国电子信息产业集团合作研发了一款高集成脑机交互芯片“脑语者”。值得注意的是，这是拥有完全自主知识产权的国产芯片。

“这款芯片能快速识别出头皮脑电中极微弱的神经信息，高效计算解码用户操作指令。这将大幅提升大脑与机器之间的通讯效率。”许敏鹏介绍。

“脑语者”的研制成功，给人类探索太空带来了更多可能。目前，该团队联合中国电子信息产业集团正在研发更低功耗、更高集成度的“脑语者”芯片。该芯片有望为脑机交互技术走向民用化、便携化、可穿戴化及简单易用化开辟道路。

“试想，未来宇航员在头部佩戴上微型脑机接口装置后，仅需在空间站‘意念一动，机器人便会根据指令要求进行空间探测、技术维护等太空操作，这将多么美好。”许敏鹏表示，未来，脑机接口技术的应用场景会更加丰富，逐步“飞入寻常百姓家”，与人类生活密不可分。