腦機接口（Brain Computer Interface, BCI）是指在人腦與計算機或其他電子設備之間建立的直接交流和控制通道，通過這種通道，用戶可直接通過大腦思維來表達想法或操縱設備。隨著科技的飛速發展，BCI技術已經從科幻電影走進現實，成為醫學研究的前沿領域，為輔助癱瘓患者恢復行動能力、治療神經系統疾病等提供了新的可能性。
一、研究進展
腦機接口在醫療領域的應用是其發展的第一推動力，目前主要經歷了概念探索、科學論證和臨床應用3個階段。1924年，腦電波的首次發現為大腦研究奠定了基礎。1970年，美國組建團隊開始進行腦機接口相關研究，各國團隊也相繼開展探索，實現了刺激范式、腦機連接等技術突破。進入21世紀后，隨著科學論證的不斷完善、神經科學與相關技術的不斷突破，各國紛紛開展腦機接口的戰略布局，侵入式BCI技術和非侵入式BCI技術都有了較大的進展，如2004年實現了通過侵入式腦機接口控制機械臂，2019年非侵入式解碼器將大腦信號轉化為語音信號。相關專利量、論文發表量呈現爆發性增長，涌現了Neuralink等一批初創公司，概念應用產品相繼推出。此外，隨著認知/協同BCI等新范式的不斷涌現，其應用也從臨床醫學向娛樂游戲、汽車等多元化領域拓展，逐漸形成產業化趨勢。
圖1 腦機接口醫學應用的發展歷程
表1 21世紀后腦機接口的國內外研究進展
二、應用趨勢
經歷了幾十年的發展，BCI在醫學領域的應用研究逐步深化，在診療肢體運動障礙、精神疾病、慢性意識障礙等領域展現出巨大的應用潛力。
（一）肢體運動障礙診療
BCI技術通過直接解讀大腦信號并將其轉化為外部設備的控制信號，賦予患者與外界互動的新方式，在一定程度上彌補身體功能的損失，改善和提高生活質量。
當前的研究和應用多為非侵入式，主要分為輔助性和康復性兩類，是業界進展相對較快的領域。輔助性BCI著重于替代或增強物理功能，通過捕捉患者的運動意圖，進而控制外部設備如假肢或外骨骼等。康復性BCI則專注于通過神經康復訓練恢復或改善患者的運動能力，利用中樞神經系統的可塑性，通過重復性刺激來強化神經元之間的突觸連接，促進修復。
圖2 腦機接口在肢體運動障礙診療中的應用
（二）慢性意識障礙診療
BCI技術通過捕捉和分析患者的腦電信號，有效識別和評估患者的意識水平，從而實現對意識障礙的診斷、評定和預后判斷。當前的研究和應用多為非侵入式，在臨床上已有用于昏迷患者促醒治療的案例。
圖3 腦機接口在慢性意識障礙診療中的應用
（三）精神疾病診療
基于算法學習提取的腦電信號特征，能提供遠超其他生理信號的真實、深層情感信息，從而實現對多種情緒的判別和分析。因此，基于腦電信號的神經反饋訓練、情感識別研究可用于輔助記憶力喪失、自閉癥等精神類疾病發病機制的研究和治療。目前國內外在將侵入式BCI技術用于抑郁癥輔助診療方面取得一定研究進展，但尚處實驗室研究階段。
圖4 腦機接口在精神疾病診療中的應用
三、應用挑戰
技術上仍有諸多局限性。BCI系統在信號采集、識別精度、處理速度、系統穩定性和自適應性方面仍存在不足。大腦的神經元結構極為復雜，對大腦工作機制和反饋刺激的研究還相對有限。人機交互界面操作復雜、訓練周期長，針對不同患者的定制化研究難題亟待攻克。研發成本高昂、開發周期長，技術成熟度和產品化仍有較長距離。
安全和倫理面臨挑戰。統一的BCI基礎理論框架和科學評價體系尚處缺位，面臨知情同意、安全性、隱私、主體性和公平性等倫理問題。侵入式設備的高性能與創傷、出血、感染等腦損傷的高風險難平衡。思想被掃描、讀出和監控的邊界尚難界定，存在隱私泄露、黑客攻擊等風險。
跨學科人才緊缺。BCI技術和產品需要神經科學、生理學、計算機科學、生物醫學工程和材料等多學科支持與協作，跨學科交叉融合型人才短缺，亟需從學習課程設置、交叉培養與工作實踐等方面予以加強。
圖5 腦機接口技術研究與應用中存在的問題
四、總結與展望
在多學科演化驅動下，腦機接口技術正不斷從科幻走向現實、從動物實驗走向人體試驗、從實驗室走向臨床和家用、從醫療領域走向更多領域。未來，腦機接口醫學應用有望拓展至神經退行性疾病診療乃至日常健康管理等領域，但也仍需從以下維度加強引導和支持。
增強醫療領域應用研究能力。鼓勵科研院校和企業加快腦機接口前沿技術布局與探索，持續推動基礎理論、前沿材料、先進算法等技術突破，不斷提升腦機接口關鍵元器件、芯片等關鍵技術及產品的研制水平。
持續完善產業發展生態。以醫療、科研等需求為導向，加強產學研醫協同，推動樣本與數據的規范有序共享，打造應用研究-試驗發展-概念驗證-技術迭代-產業化發展的良性循環，提升BCI技術融合賦能水平。
完善腦機接口產業法律法規和技術標準體系。加快推動腦機接口臨床應用標準建設，建立行業標準體系。出臺相關科技倫理審查標準，進一步細化、明確侵入式腦機接口倫理臨床研究審查要點。
參考文獻：
[1]李靜雯,王秀梅.腦機接口技術在醫療領域的應用[J],信息通信技術與政策,2021(2):5.
[2]陳琪,袁天蔚,張麗雯.腦機接口醫學應用的研發現狀與趨勢[J],生物醫學工程學雜志,2023,40(3):566-572.
[3]工信部:提升腦機接口與醫療、民生等領域融合應用水平[EB/OL].(2023-05-30)[2024-04-03].//finance.people.com.cn/n1/2023/0530/c1004-40002217.html
[4]國家金融研究院.腦機接口行業圖譜[EB/OL].(2023-06-14)[2024-04-03].//www.pbcsf.tsinghua.edu.cn/info/1090/6657.htm
