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一项新近发表在《自然·神经科学》上的研究展示了脑机接口技术的一项突破:美国麻省总医院与哈佛大学医学院的研究人员成功让四肢瘫痪患者仅凭意念就能在虚拟键盘上打字,每分钟可输入110个字符,错误率仅为1.6%,这一速度接近健全人使用智能手机打字速度的81%。这项进展为渐冻症和高位截瘫等患者提供了更高效的交流方式,并标志着脑机接口技术正从实验室走向临床应用。
该技术的核心在于在大脑与外部设备之间建立连接,绕过受损的神经和肌肉。此前,科学家曾尝试通过解码大脑的语音意图或识别手写笔迹来帮助患者,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等局限。
研究团队选择以人们熟悉的电脑键盘打字为切入点。他们让两名患有肌萎缩侧索硬化症和颈椎脊髓损伤导致瘫痪的患者,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捕捉到这些神经信号,并通过深度神经网络模型将其转化为屏幕上的文字。该系统仅需约30句练习即可完成校准,具备“即学即用”的低门槛特点,使其有望融入日常生活。
这项研究只是全球脑机接口技术快速发展的一个缩影。在重症医疗领域,植入式设备已帮助患者重建与世界的联系。例如,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行走能力;Neuralink公司验证了用意念控制鼠标和玩游戏的可行性;清华大学的“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的团队则利用“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、音乐甚至思维过程。
尽管如此,脑机接口技术在从实验室走向实际应用的过程中仍面临挑战。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”(即读取指令并写入感知信息),是未来需要解决的关键问题。此外,设备的轻便性、可穿戴性、易用性,以及降低手术创伤也是需要考虑的方面。更重要的是,随着大脑信号的读取和解析成为可能,如何保护“思维隐私”和神经数据安全,是技术发展必须同步应对的伦理议题。
随着微创、无创、可穿戴及双向闭环技术的不断进步,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”。其应用潜力巨大,可以从辅助失语患者恢复表达,到为截肢者配备智能假肢,再到解码重构人脑的认知功能,以及发展脑机融合智能。当“心想事成”成为现实,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)
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