网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

脑机接口发展史4:科幻中的脑机接口正成为现实

0
分享至


作者:奶树


如果你对音频更感兴趣,也可以收听我们的音频《生物漫游指南》的内容~也欢迎在小宇宙、网易云音乐、喜马拉雅、荔枝FM、豆瓣等平台订阅收听!

猴子用意念玩电子游戏,瘫痪14年的女性第一次亲手举起咖啡杯喝水,失语者通过大脑信号转化为合成语音……这些并非未来世界的幻想,而是过去二十年间侵入式脑机接口(BCI)领域真实发生的里程碑。

尽管基础原理早已奠定,但近年来在电极材料、解码算法和手术方式上的革命性突破,正将这项技术从实验室推向临床应用的前沿。从帮助残障人士重获新生,到Neuralink等公司引发的商业化浪潮,一个由大脑直接与机器互联的时代已然开启

让瘫痪者重获行动

对于因脊髓损伤而瘫痪的患者来说,他们的大脑运动皮层功能完好,只是向下的指令通路被切断了。侵入式脑机接口的目标,就是为他们搭建一座新的桥梁。

故事始于1998年,一位被称为“赛博格之父”的科学家菲利普·肯尼迪(Philip R. Kennedy),为一位名叫Johnny Ray的完全瘫痪患者植入了世界上首例用于运动控制的侵入式BCI。

肯尼迪独创了一种“玻璃漏斗电极”,一般电极是用电子元件实现的,他的电极是将生物的神经诱导因子,甚至就是神经纤维本身和电线置于其中,诱使大脑神经元长入,从而形成稳定的生物电连接。通过数月的训练,Ray学会了通过想象手部运动来控制电脑光标,缓慢地打字交流。肯尼迪称他为世界上第一个“半机械人”(Cyborg),音译即是“赛博格”。


玻璃漏斗电极

2000年后,随着更强大的“犹他阵列”电极获得临床批准,美国布朗大学的约翰·多诺霍(John Donoghue)教授发起了著名的“BrainGate”项目。

2006年,他们在一项里程碑式的研究中,让一位四肢瘫痪的患者MN,通过植入大脑运动皮层的96通道犹他阵列,成功用意念控制了电脑光标、玩乒乓游戏,甚至操控一只橡胶假手做出抓握动作


BrainGate所用的电极与插入脑区


BrainGate操控电脑光标


BrainGate操控橡胶手臂

2012年,他们更进一步,让一位瘫痪14年的女性患者,通过意念控制一只复杂的机械臂,抓起桌上的咖啡瓶,送到自己嘴边喝水。那一刻,她脸上绽放的笑容,是对这项技术人性光辉的最好诠释。


瘫痪患者操控机械臂喝到咖啡

然而,BrainGate的商业化之路并不平坦。其核心挑战在于,植入的刚性电极会引发大脑的免疫排斥反应(神经胶质增生),如同在电极周围形成一层绝缘疤痕,导致信号在几个月到几年内逐渐衰减,这也是BrainGate早期的商业化尝试失败的主要原因之一,并在马斯克出现前,再也没有新的侵入式脑机接口商业化公司。


10个月后电极损耗情况

除了直接控制机械臂,也有其他针对瘫痪患者的尝试。近年来,瑞士科学家格雷瓜尔·库尔蒂纳(Grégoire Courtine)团队开创了名为“神经桥”(Neural Bridge)的革命性疗法。他们在瘫痪患者的大脑运动皮层植入ECoG电极(一种放置在脑膜上的电极片,位置在头骨与脑膜之间,侵入损伤小,信号比非侵入式的EGG强很多)来“读取”行走意图,同时在损伤部位下方的腰椎脊髓植入另一套柔性电极阵列,负责“写入”刺激信号。


神经桥示意图

当患者想走路时,大脑信号被无线传输到处理器,解码后转化为精确的时空电刺激序列,激活控制腿部肌肉的脊髓神经回路。2023年,他们成功让一位瘫痪多年的患者重新站立,并实现了自然的行走。这座“桥”,完美地绕过了受损的脊髓,让大脑重新“掌控”了身体。

让失语者再度“发声”

对于因渐冻症(ALS)或中风而失去语言能力的患者,BCI的目标是解码他们大脑中无声的语言。

说话是一个极其复杂的过程,涉及超过一百块肌肉的协同运动,同时还涉及语言解读、语法形成的大脑语言皮层。因此,解码语言信号比解码肢体运动要困难得多。

疯狂的科学家,也就是发明了“玻璃漏斗电极”的菲利普·肯尼迪,为了攻克这一难题,甚至在2014年自费三万美元,在自己大脑的语言区植入了三个电极,以亲身验证其技术,尽管这次实验因术后并发症而未能完全成功,但其探索精神令人敬佩。

目前,语言解码主要有两种前沿方法。其一是以加州大学旧金山分校爱德华·张(Edward Chang)团队为代表的半侵入式的ECoG技术。他们通过覆盖在大脑语言和运动相关区域表面的高密度电极阵列,记录大范围的神经活动。结合深度学习模型,他们不仅能将这些信号实时解码为屏幕上的文字(速度约每分钟78个单词),还能驱动一个虚拟形象,用合成的声音“说”出这些话,甚至模拟出患者本人的声音和语调


ECoG解读语言示意图

另一条路径则由斯坦福大学与BrainGate团队开辟,他们利用侵入更深的犹他阵列,直接记录单个神经元的放电。这种方法虽然植入更具挑战性,但信号精度更高。他们已能实现每分钟60多个单词的解码速度,且在小词库中的错误率低于10%,远低于ECoG的25%的错误率。

同时,中国也紧随其后,脑虎科技、宣武医院等团队也在中文语言解码上取得了突破性进展,实现了汉语言的实时解码。

让失明者重见光明

为盲人恢复视力是BCI最古老也最富挑战性的梦想之一。

早在1978年,美国科学家威廉·多贝尔(William H. Dobelle)就尝试将电极阵列植入盲人患者的视觉皮层。通过电刺激,患者能“看到”被称为“光幻视”(Phosphenes)的闪光点。通过控制不同电极的刺激,理论上可以拼凑出简单的图像。

他的一位名叫“杰瑞”的患者,甚至能通过这套系统,在1.5米外辨认出5厘米大的字母,并借助它上网浏览信息,甚至在网上炒股。


多贝尔系统示意图

多贝尔的技术受限于电极数量和稳定性,图像分辨率极低。如今,荷兰科学家彼得·罗尔夫塞马(Pieter Roelfsema)正致力于开发高密度视觉假体。

他将多达16个犹他阵列(总计1024个电极)植入猴子的多个视觉皮层区域,成功地让猴子“看到”了由电刺激产生的、分辨率更高的字母和形状。这预示着未来有望为盲人创造出足够清晰、能够用于导航和识别物体的功能性视觉。


侵入式脑机接口解码视觉信号

Neuralink的革命:工程与规模化

在众多科研团队稳步推进的同时,伊隆·马斯克的Neuralink公司则以一种颠覆性的姿态入场。其核心创新并非科学原理,而是卓越的工程实现

针对传统刚性电极的损伤和排斥问题,Neuralink开发了由柔性聚合物制成的“神经线”(Threads)电极,其厚度仅几微米,比头发丝还细,能显著减少对大脑组织的损伤。为了精准植入这些柔软的电极线,他们还发明了手术机器人,表示能够全自动、高通量地将上千个电极通道植入大脑。


Neuralink使用的柔性电极

这种“更好的工具+规模化手术”的思路,彻底改变了脑机接口领域的游戏规则。尽管其动物实验曾引发伦理争议,但Neuralink以消费电子产品的理念来开发医疗器械,极大地加速了技术的迭代,并成功将这一前沿领域带入了公众视野,吸引了前所未有的关注和资本。

侵入式脑机接口的科幻故事,在20年前就已拉开序幕,而今天,它正以前所未有的速度变为现实。从帮助少数患者恢复功能,到未来可能增强人类自身的能力,这项技术的发展充满了希望,也伴随着挑战。电极的长期稳定性、信息解码的效率,以及深刻的伦理问题,都是未来道路上必须跨越的关隘。

但无论如何,人类已经迈出了与机器深度融合的关键一步,我们正在学习一种全新的语言——大脑的语言。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
内蒙古通报“原切牛肉卷检出瓜尔胶”:已对涉事企业立案

内蒙古通报“原切牛肉卷检出瓜尔胶”:已对涉事企业立案

新京报
2026-09-03 11:10:06
“这点收入,你还敢生二胎?”四川家长投诉二胎接送问题,被骂惨了

“这点收入,你还敢生二胎?”四川家长投诉二胎接送问题,被骂惨了

曹莽看世界
2026-09-03 11:08:37
传奇歌手去世不到一周,星光大道星星遭破坏

传奇歌手去世不到一周,星光大道星星遭破坏

追星雷达站
2026-09-02 22:28:49
嘌呤冠军已找出,是海鲜的 40 倍,若想远离痛风,劝你趁早忌口

嘌呤冠军已找出,是海鲜的 40 倍,若想远离痛风,劝你趁早忌口

看世界的人
2026-08-30 13:52:33
再现黑幕!羽协高层集体被抓,林丹早有暗示,赛场猫腻仅是开胃菜

再现黑幕!羽协高层集体被抓,林丹早有暗示,赛场猫腻仅是开胃菜

完善法
2026-09-02 19:15:43
康熙晚年体衰,每晚让一个16岁宫女伺候,太医不解,宫女羞愧回答

康熙晚年体衰,每晚让一个16岁宫女伺候,太医不解,宫女羞愧回答

小莜读史
2026-09-01 12:41:39
微信上线两项“防遗漏”新功能:未读消息一键查看,红包转账不再忘领

微信上线两项“防遗漏”新功能:未读消息一键查看,红包转账不再忘领

TechWeb
2026-09-03 09:55:02
惨败!15首轮+3000万!卡椒大豪赌!快船亏了多少?

惨败!15首轮+3000万!卡椒大豪赌!快船亏了多少?

篮球盛世
2026-09-03 13:52:12
凌晨天降杀阵?俄军万弹齐发,北约大动脉爆炸,基辅拉响毒雾警报

凌晨天降杀阵?俄军万弹齐发,北约大动脉爆炸,基辅拉响毒雾警报

萧鮖记录风土人情
2026-09-03 07:22:43
从退耕还林到退林还耕,从严禁超生到鼓励三胎,到底是谁错了?

从退耕还林到退林还耕,从严禁超生到鼓励三胎,到底是谁错了?

一些小事
2026-09-03 08:57:27
忍了整整四年!国家终于出手了:以后车自己开,撞了要找车企算账

忍了整整四年!国家终于出手了:以后车自己开,撞了要找车企算账

真的好爱你
2026-09-03 03:33:10
美高官:先打中国再打朝鲜,打不过就核战,因为中国火箭军太强大

美高官:先打中国再打朝鲜,打不过就核战,因为中国火箭军太强大

琴音缭绕回
2026-09-02 21:16:13
蒋万安儿子获交换生名额,蒋万安表态后,绿营打击,黄智贤追着打

蒋万安儿子获交换生名额,蒋万安表态后,绿营打击,黄智贤追着打

DS北风
2026-09-02 16:14:08
末日倒计时!三天后英国沉没?俄核鱼雷让整个北约破大防!

末日倒计时!三天后英国沉没?俄核鱼雷让整个北约破大防!

皇朝冰酷
2026-09-01 19:48:36
羽坛惊天黑幕曝光!三大高层被抓,才懂蔡赟为什么死活不去当教练

羽坛惊天黑幕曝光!三大高层被抓,才懂蔡赟为什么死活不去当教练

人间无味啊
2026-09-03 11:21:12
动真格了!国家正式出手,荒唐30年的楼市,终于被掀桌子了!

动真格了!国家正式出手,荒唐30年的楼市,终于被掀桌子了!

江启
2026-09-02 01:06:03
香蕉被关注!医生发现:冠心病人吃香蕉,不必等多久,有7个变化

香蕉被关注!医生发现:冠心病人吃香蕉,不必等多久,有7个变化

医学原创故事会
2026-09-02 15:22:04
网红大V讲师出事了?!

网红大V讲师出事了?!

大财可富司机
2026-09-03 10:31:27
被打致残耳鸣、全程没还手!施暴者仅拘留7天,厦航一句反问

被打致残耳鸣、全程没还手!施暴者仅拘留7天,厦航一句反问

再战五百回合
2026-09-02 22:42:33
杨瀚森倒地后被球砸后续,幕后黑手身份遭扒,估计与你想得不一样

杨瀚森倒地后被球砸后续,幕后黑手身份遭扒,估计与你想得不一样

微笑向暖q
2026-09-03 12:11:24
2026-09-03 14:23:00
biokiwi incentive-icons
biokiwi
用生命科学的角度看世界!
168文章数 566关注度
往期回顾 全部

科技要闻

大模型扎堆!谷歌刚发,Meta就跟上

头条要闻

尼泊尔父亲山洪后借钱徒步找19岁儿子:他肯定能跑掉

头条要闻

尼泊尔父亲山洪后借钱徒步找19岁儿子:他肯定能跑掉

体育要闻

小卡回应处罚:不知晓任何规避工资帽意图

娱乐要闻

德云社停更20天再营业!

财经要闻

再见了,期房!商品房预售制卒于2026

汽车要闻

实拍捷途旅行者7 风格更潮/混动版配上华为乾崑ADS 5

态度原创

数码
健康
旅游
手机
亲子

数码要闻

最高涨幅500元:消息称华硕/影驰/技嘉RTX 50系列显卡工厂调价

脑梗能否取栓,关键看这几点!

旅游要闻

颜值在线,扬州多处稻田画进入最佳观赏期

手机要闻

W34:华为一枝独秀,苹果重回前五

亲子要闻

儿子说不去幼儿园是因为里面有大毛猴!

无障碍浏览 进入关怀版