继人工智能(AI)、虚拟现实(VR)等技术之后,脑机融合也逐渐从科幻变成现实,成为人们热议的话题。脑机融合是以脑机接口技术为基础,综合脑到机、机到脑、脑到脑等不同信息传输方式的技术统称。脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是指在大脑与外部设备或环境之间建立起一种新型实时通信与控制系统,从而实现脑与外部设备的直接交互。

　　脑到机接口是指信息由大脑传向电脑等外部设备的接口。首先,利用脑信号检测技术捕捉到大脑神经系统的活动变化信号;然后,利用模式识别等技术对这些信号进行分类,准确分析并识别出导致脑信号变化的动作意图;最后,通过计算机技术将人的思维活动信号转变成命令信号,从而驱动外部设备。这样就可以实现大脑对外部环境的直接控制,而不需要肌肉和外围神经的参与。

　　机到脑接口是指信息由电脑等外部设备传向大脑的接口。我们可以将电脑等外部设备产生的经过精细编码的刺激,作用于生物大脑或其他神经系统的特定部位,使生物体产生某些特定的感受或行为动作。

　　脑到脑接口是指信息由大脑传向大脑的接口。通过脑信号检测技术检测出一个大脑的神经信号并对其进行实时编码,然后将编码后的信号直接传输到另一个大脑,从而对另一个大脑产生相应的作用。脑到脑接口具有很强的实时性,并且具有很高的安全性要求。这种接口为新型生物体与生物体之间的信息交流提供了可能。未来人类很有可能实现无声无动作的相对静态交流。

　　脑机融合即脑到机接口、机到脑接口、脑到脑接口的综合,也是脑机接口技术发展的趋势。在脑机融合系统中,大脑与计算机等外部设备、大脑与大脑之间传递信息互通有无,大脑与外部设备两者互相适应、协同工作,实现生物脑的感知、认知能力与机器的高速计算、处理能力的完美结合。

　　研究表明,人类在进行各项生理活动时都会向外发送电信号,如果用科学仪器测量大脑的电位活动,仪器屏幕上会显示出波浪一样的图形,这就是“脑波”。脑波活动具有一定的规律性,同大脑的思维意识存在某种程度的对应关系。人类在兴奋、紧张、昏迷等不同状态下,脑电波会显示出不同的特征信号。如果对这些特征信号进行检测、分析和处理,从中分析辨别出引发脑电变化的动作意图,再用计算机语言进行编程,将人的思维活动转换成命令信号驱动外部设备,就可以实现人脑对外部环境的直接控制。

　　脑机接口技术的工作原理是采集大脑皮层神经系统活动时产生的脑电信号,经过放大、滤波等方法,将其转化为可以被计算机识别的信号,从中辨别出人的真实意图。同样,电脑等外围设备也可以通过脑机接口通道向生物端输入编码加工的刺激命令或者反馈信息,从而达到驱动生物体的目的,以实现更为精细、智能的控制。

　　当大脑产生对运动的觉知或受到外部刺激时,神经细胞会产生几十毫伏的微弱电活动,大量的神经细胞电活动传输到头皮表面形成脑电波,会体现出某种节律和空间分布的特征。在生物电信号采集系统和计算机算法的帮助下,可以通过一定的方法检测出神经电活动的这种变化并对其进行处理。因此,脑机接口的实现可以分为四步:1.信号采集。用电极从头皮或者大脑内部获取反映大脑活动的脑电图等,并通过信号采集系统将脑电图等转换成数字信号。2.信息处理。收集到足够多的信息后,就要进行信号的解码以处理干扰。3.再编码。信息分析处理后需要进行再编码以驱动外部设备产生作用。4.反馈。人类可以通过感知能力,如视觉、听觉、触觉等感受外部环境,并且将信息传递给大脑进行反馈。脑机接口也可以实现反馈这一步骤。

　　目前,根据脑机接口与大脑的连接位置不同,存在三类应用领域不同的脑机接口技术。

　　1.植入式脑机接口。它是一种直接插入脑灰质的脑机接口。由于直接插入到大脑灰质层,所以能够快速识别大脑神经信号,获得更高质量、更精确的神经活动信息,从而可以编码更复杂的命令,解码更丰富的神经活动。这种脑机接口不易受到人为因素的影响,具有良好的信噪比优势。但是植入式脑机接口必然会带来手术创伤,以及随之而来的胶质疤痕,同时会带来严重的免疫排斥、生物兼容性等问题,在大脑灰质中长期放置脑机接口也具有难以预测的高风险。目前这种接口主要应用于医学治疗,帮助瘫痪病人恢复运动功能。