【摘要】脑机接口技术是当代最重要的前沿技术之一，近年来不断取得新的进展和突破。脑机接口技术主要用于肢体、言语和感知方面残疾的治疗，还可用于教育、娱乐和军事等领域，其巨大的现实用途和潜在价值使其成为多国竞争的战略高地和重点支持的创新领域。脑机接口技术发展需要在围绕提高安全性和有效性上攻克一系列技术难题，也需要处理好若干人文社会尤其是伦理问题。随着技术水平的提高，脑机接口技术将会在治疗疾病、增强人的能力等方面发挥越来越大的作用，由此预示着“脑机接口的时代”即将到来。

【关键词】脑机接口 伦理难题 发展前景

脑机接口（Brain-Computer Interface，简写为BCI）是与人工智能关联的当代前沿技术之一，它在人或动物大脑与计算机及其外部设备之间建立起信息交换的联系，可用于辅助、修复或增强人的行动、表达和感知功能，从而可以帮助肢体残疾者重新获得一定的运动能力、帮助失语者重拾语言表达能力以及帮助感官失能者（如盲人、聋人等）恢复一定的感知功能。除了医疗健康领域之外，脑机接口技术还可用于艺术、体育、军事和游戏等场景，展现出十分广阔的应用前景。

脑机接口技术的发展现状

   
   

从1924年作为脑机接口萌芽的脑电图发明算起，脑机接口技术的发展已有近百年历史。进入21世纪后，这一技术逐渐进入了发展的“快车道”，其应用也取得了引人瞩目的成果。如2005年美国布朗大学神经学家约翰·多诺霍带领的“脑之门”（BrainGate）研究团队获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，在九位病人中进行了第一期侵入式脑机接口临床试验。其中，纳格尔（Matt Nagle）作为一名四肢瘫痪的残障人，研究团队在纳格尔脑中植入了包含96个电极的“犹他阵列”（Utah array），纳格尔由此成为第一位用BCI成功控制电脑光标的受试者，这为后来的相关研究提供了重要的基础和参考。2011年4月12日，在BrainGate实验室里，58岁的瘫痪女子哈钦森（Cathy Hutchinson）在脑机接口的帮助下用自己的“意念”控制机械假肢拿起一瓶咖啡送到自己面前，并用吸管喝到了咖啡，这被认为是一次重大的突破，因为这是人类第一次通过“意念”来控制机器手臂实现了物品拿取和自我喂养等动作。2014年6月，高位截瘫的青年球迷朱利亚诺·平托（Juliano Pinto）在巴西举行的世界杯开幕式上，用自己的“意识”通过脑机接口控制穿戴在身上的仿生机械外骨骼，开出了该赛季具有象征意义的第一球，作为“重拾行走计划（WAP）”的脑机接口成果，被全球大约12亿观众所见证。2017年4月19日，Facebook在F8开发者大会上展示了自己下属的一个部门Building 8所研发的“脑机语音文本接口”（brain-computer speech-to-text interface），简称“意念打字”或“大脑打字”，即通过脑机接口设备让人可以仅仅通过默想自己说的话就能打字，从其展示的一段实验录像看到，一名女士（肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者）在没有讲话且没有敲键盘的情况下，通过脑机接口将计算机光标移到屏幕上的虚拟键盘的相应字母上，每分钟可以打出8个字，从而通过脑控打字的方式将大脑中的想法直接展示在计算机屏幕上。他们还宣布了自己的目标是研制出每分钟可以直接用大脑输入100个单词的系统，这将比人们用智能手机打字的速度快4到5倍。

从技术路径上，脑机接口分为非植（侵）入式和植（侵）入式两种，两相比较各有优劣。前者无需手术，只需将采集脑信号的电极附着在头皮上，其风险小但探测到的脑信号精度不高，所以实现的功能不多，只能用来执行简单的控制或操作；后者通过手术将电极直接植入到大脑皮层中，因其离神经元更近，可以获得更高质量的神经信号，但其因需要手术操作，故有风险，且成本较高。因此，目前的脑机接口主要采用的是非植入式技术。对于那些重度瘫痪者（四肢均无行动能力），通常需要植入式BCI才能恢复一定程度的行动能力；对于感官失能者也需要植入式BCI才能恢复相应的感知能力。

植入的技术路径目前也有多种，一种是犹他电极的植入技术，这是一种硅基硬质电极，通过开颅手术将其置于大脑皮层表面，作为电极的96根钢针就是记录96个神经元的通道。另一种是“血管介入式”的支架电极技术，它通过静脉血管将电极放在脑中的主血管里，隔着血管来采集脑电信号，它不像植入犹他电极那样需要开颅而只需“微创”手术，但由于只有十几个通道，所采集的信号范围有限，只能用来实现非常初级且简单的任务。美国企业家埃隆·马斯克（Elon Musk）创立的Neuralink是世界上非常著名的脑机接口研发机构，他们采用的植入技术路径是不同于以上两种的“柔性电极系统”，通过自行研发的俗称“缝纫机”的设备，将比头发丝还细的电极直接植入脑中相关部位，较之硬质电极的植入创伤更小并能有效降低大脑的排异反应，其通道数目前可以达到1024个，以后还可以实现上万甚至上百万的增长。Neuralink的这一技术路径已在动物实验中取得了瞩目的成就，如2022年12月在公司的发布会上展示了一只植入脑机接口的猴子可以用“意念打字”，但用于人体试验的申请一直未获FDA批准。在进一步完善方案后，2023年5月25日，Neuralink表示它们所申请的人体临床试验已获FDA批准，并将在6个月内开始这一试验过程。Neuralink拥有世界上最先进的脑机接口技术系统，他们对脑机接口技术进入公众视野也具有较大的影响力，这意味着一支更大的团队将用更好的装备和技术路径去攻克BCI的难关，一旦取得突破性进展，将对植入式脑机接口技术的成熟和推广起到重要作用，也使公众接受这一技术具有更强的说服力，从而为脑机接口的大规模人体应用、甚至走向增强性应用开辟道路。因此，这一申请获批的意义重大，甚至被称为“里程碑事件”。

脑机接口技术不仅有着广泛的现实用途，还包含难以估量的潜在价值，因此，一些发达国家纷纷将其视为战略高地而列入优先或重点支持的创新领域，这方面的研究机构和团队不断组建，他们中较为著名的有安德森（Richard Andersen）、多诺霍、肯尼迪（Phillip Kennedy）、尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）和施瓦茨（Andrew Schwartz）等人的研究团队。尤其是在2016年埃隆·马斯克创建Neuralink前后，世界各地诞生了大量的脑机接口创业公司，IBM、高通等科技企业巨头纷纷涌入这一领域，国内也涌现了如博睿康、宁矩科技、脑陆科技、强脑科技（BrainCo）等脑机接口研发公司，当然还有不少国内研究机构和大学（如中国科学院、清华大学、浙江大学、西安交通大学、华南理工大学、电子科技大学、国防科技大学等）的脑机接口研究团队和实验室相继成立，并不断取得研究和实验进展。由此，脑机接口的研发已经成为“一个爆炸式增长的领域，涉及遍布世界几百个研究团队。BCI的研究令人兴奋，而且其潜力吸引了许多年轻的科学家与工程师进入这个充满活力的群体” 。在这一背景下，作为脑机接口技术当代开创者之一的米格尔·尼科莱利斯甚至认为：“一个脑机接口的时代即将到来。”

脑机接口技术在发展中需要攻克的难题

   
   

脑机接口技术虽然发展迅速，但也存在许多有待攻克的难关，其中既包括技术本身的难关，也包括人文社会方面的难题。

首先，在技术上，目前的脑机接口还有许多技术局限，尤其是受信号获取的难度和精度的限制，使得如何处理嘈杂的电信号、获得更多更准的脑信号，成为需要攻克的首要技术难题。大脑是一个复杂的生物器官，所产生的脑电信号非常微弱，其中只有一小部分与人的意图和思想有关，且常常受到噪声的干扰，因此，需要研发有效的信号滤波和特征提取技术，来准确地采集有用的信号。此外，由于不同人的大脑结构和功能具有差异，因此，还需要寻求更加个性化和更具适应性的信号采集和分析方法，以最大限度地提高信号的准确性和实用性。植入式BCI与非植入式BCI相比，虽然可以获得更准确的脑信号，但植入的电极可能会引起免疫反应和组织损伤，由此导致植入的电极在时间上的不稳定性和脑组织的退化，同时引起脑电信号质量的下降。因此，解决植入式电极的安全性和长期使用中的稳定性难题，也是当前脑机接口技术研究的热点。

其次，如何识别和解释BCI所采集到的不同类型和模式的脑电信号，从而理解大脑的思想和意图，并在此基础上将脑信号转化为有用的信息，这是一个需要重点攻克的难题。破解这一难题需要发展高效的解码技术。人工智能算法是脑机接口解编码的关键技术，它对于识别和解释脑信号并转换成相应的命令具有决定性作用。高效的算法可以提高信号处理的准确性和效率，从而提升脑机接口系统的性能。常见的脑机接口信号分析算法包括人工神经网络、贝叶斯—卡尔曼滤波、遗传算法等，尤其是使用深度学习算法来处理脑电信号，可以大幅度提升信号识别和分类的准确率。当然，目前的算法技术在脑机接口应用中存在一些不适应的方面，如一些算法虽然准确率高，但是计算复杂度较高，导致实时性较差，从而影响用户体验；还有一些算法在处理非线性问题时表现不佳，需要使用更复杂的算法来解决这类问题；此外，大脑信号的采集和处理往往受到多种因素的影响，目前的算法对于处理干扰因素的鲁棒性（即系统的稳健性稳定性）较差，因此，需要研发和使用更具鲁棒性的算法来进行处理，凡此种种，表明需要提高脑机接口的性能，一个重要的方面是在算法设计和优化上下功夫，其中包括通过算法融合来不断提高算法的水平，因为不同的算法可能对不同类型和模式的脑信号具有不同的敏感性和精度，将多种算法组合使用可以提高信号的识别和命令转换的准确性和鲁棒性，例如，将支持向量机和贝叶斯分类器进行组合使用，就可以提高信号的分类精度。

再次，研发出更加友好的人机交互界面是需要攻克的技术难题。目前的脑机接口设备通常需要对用户进行额外的长时间的训练，才能使其形成高度集中的注意力，从而产生足够强的脑信号才可以被电极所采集，这样的培训极易使用户产生不适、疲劳感，以及因挫败而产生失望感。一些人（约占培训人群的20%）即使经过了长期的训练也无法产生具有可分性的特征电位，因而无法使用特定类型的BCI系统，这部分人被称为“BCI盲”。而对于文字输入的脑机接口，使用者通常要经过一到五个月的训练后才能达到70%的正确率，这些现象表明，目前的脑机交互界面具有使用困难、反应滞后等低效现象，运用中既繁琐又难以上手，因此大大限制了脑机接口的使用范围和效率。只有通过开发更简单易用，即用户友好的交互界面来不断改善使用体验和效果，才能克服因交互界面的不完善所带来的问题。

解决这些技术难题，需要不同领域的专家进行跨学科协作，包括神经科学和生理学领域的专家对人类大脑结构和功能的研究，以便理解脑活动模式和信号传递过程；也包括计算机科学和机器学习领域的专家，他们致力于开发和优化算法，来精准识别脑信号并将其转换为可执行的命令；还包括生物医学工程和材料科学领域专家的支持，由其研发更好的植入式电极和信号传递设备，并保证植入手术的安全性和稳定性。

最后，脑机接口的研发和使用还面临多种需要解决的人文社会方面的问题，尤其是伦理难题。需要哲学和社会科学领域尤其是伦理学的专家一起来思考脑机接口技术的相关问题，以确保这一前沿技术的应用合情合理合规。多名伦理学家、神经科学家和医生曾在Nature上联名发文呼吁，要求公众关注脑机接口技术中的安全性、知情同意、隐私、公平、主体性和身份认同感等伦理问题，结合这一呼吁以及近年来的新发展，可以将这类难题归结为以下几个方面。

一是高性能与高风险之间的平衡难题。如上所述，获取更高精度的脑信号是提高脑机接口性能的前提，而采用有创伤的植入技术则是当前提高信号精度的不二选择，但这通常会给身体带来较大的安全风险，比如，可能会导致手术创伤、出血、感染等；长期安置在大脑中的设备可能会对大脑产生影响，如引发脑组织的炎症和神经退化，还可能导致元器件的功能弱化，从而影响信号的质量和传输的准确性，导致脑机接口系统的操作失误，增加许多难以预料的风险。而安全性较好的非植入式脑机接口，因为采集的信号精度不高而性能不强。因此，如何兼顾安全性和有效性是需要处理好的一个重要难题。一种设想的技术方案是用激光的光纤束打入脑内来追踪和调制神经元活动，这样的操作就类似于近视眼激光手术的损伤水平，其安全系数可以大大提高，且有效性也会显著增强。

二是效益与公平之间的平衡难题。目前使用脑机接口技术的成本较高，尤其是植入式脑机接口的使用成本更加高昂，即使解决了安全性和有效性问题，也不可能做到“该用尽用”“有求必应”。同时，脑机接口作为一种产业，也被视为可以撬动医疗健康、教育、游戏甚至智能家居行业发展的新的经济增长点。而且，脑机接口作为一种新技术，其研发需要大量的经济投入，一些民营企业或研发机构还力求将其变成商品即营利手段，导致很难将自己的成果作为社会福利在无偿或者低于成本的情况下提供给所有需要它的人使用，由此必然会导致有的需求者（尤其是经济拮据的残障人士）难以用上这一治疗技术。这就既需要通过技术进步来不断降低成本，使更多的人用得起这一技术，也需要在成本较高时通过合理的社会规制（如医保等）来尽可能公平地推行运用这一技术，从而通过技术与社会的双重努力来平衡好效益与公平之间的关系。

三是治疗与增强之间的平衡难题。脑机接口既可用于治疗，也可用于增强。与任何事关人体的技术一样，脑机接口技术遵循“治疗优于增强”的普遍原则，因为治疗对患者来说是“雪中送炭”，而增强无非是对健全人的“锦上添花”，何况增强还意味着种种不确定的后果与风险。脑机接口的直接意义或初始价值也在于治疗。但是，脑机接口技术也不能仅限于治疗，否则就会极大地限制这一技术的发展前景，并大幅度削弱脑机接口技术发展的动力。另外，脑机接口技术的治疗和增强功能在许多情况下是界限模糊的，如用于“治疗”注意力不集中的智能头环，如果将人的注意力提高到了超出一般人的水平，就起到了“增强”注意力的效果。因此，如何既坚持治疗优于增强，又适当而安全地保持增强功能的研发，是我们需要着力处理好的一种价值平衡。

四是隐私保护方面的难题。高性能的脑机接口技术需要全面而精准地采集大脑数据，以准确地把握大脑中的想法，从而作出适当的行为指引。脑机接口技术的这种功能也被视为技术路径的“读心术”。“读心”的技术化实现意味着人脑深处的思想可能在机器面前彻底“坦露”，其中也包括使用者并不愿意被展现的隐私信息。换句话说，一旦接上脑机接口，人的思想就可以被扫描、读出和监控，脑机接口此时形同于“探照灯”，接入它的人则形同在探照灯下“裸奔”，人的隐私权由此丧失殆尽。但是，如果过度保护隐私，也会面临在治疗和使用中无法“对症施治”。因此，需要区分开可公开的隐私与不可公开的隐私，区别而细化地对待不同的隐私，以保障脑机接口的使用效果。

五是知情同意方面的难题。脑机接口的使用者通常会面临知情同意方面的特殊困难，例如，那些感知有障碍的人难以全面理解使用BCI的利弊风险，因此无法透彻地“知情”；那些言语有障碍的人更难清楚地表达自己的意愿，尤其是表达那些犹豫不决的想法，由此使得知情同意原则难以充分落实到脑机接口的使用之中。为了改善或破解这一难题，还需要开发出能够进行脑际沟通的更高水平的脑机接口（也被称为“脑—脑接口”或“脑—机—脑接口”），在这个过程中，追求和坚守知情同意的医学伦理原则，也可以反过来成为提升脑机接口技术水平的强大动力。

脑机接口技术的发展趋势与前景展望

   
   

脑机接口技术的发展是一个不断从科幻走向现实、从动物实验走向人体试验、从实验室走向临床和家用、从医疗领域走向其他领域的过程。20世纪90年代以来，脑机接口逐渐从科幻中的虚构走向社会中的现实，但脑机接口的使用（也是试验）主要还是在具备理想条件下的实验室中，由科学家和工程师在严密监护下进行。21世纪以来，尤其近十年来，随着相关技术的发展，脑机接口逐步走向临床治疗，也包括少量的家用，这是脑机接口逐步离开实验室回到现实世界，走向实用技术的重要趋势。尽管脑机接口的不少构想仍处于实验甚至概念阶段，但无疑显示了冲击认知、震撼人心的未来前景，以至于包含着将要给人类生存带来颠覆性改变的潜能，所以它被评价为一种“可以激发人的想象力的技术”。

根据预期的长短，可以将脑机接口技术的趋势或前景大致分为近期、中期和远期未来，其中近期未来的任务主要是解决一些迫切的技术难题，在提高脑机接口技术安全性的前提下不断提升其有效性，使其成为可靠而又高效的治疗疾病的手段；中期未来的主要任务是不断拓展治疗的广泛性，更多地治愈甚至基本消除人类的残疾现象；远期未来的主要任务是期待通过脑机融合来实现人类增强，使人类智能与机器智能通过强大的脑机接口而联结和整合起来实现协同工作，形成更强大的脑机融合智能，为人类开创一个崭新的未来。

首先，随着技术的不断发展和完善，脑机接口技术将越来越精准、便携、可靠和易用，在治疗上的有效性将大大提高。随着技术难题的陆续被攻克，脑机接口系统读取和写入脑信号的精度将不断提高，从而能够实现更加准确的信息传输和更加精细的脑功能控制。脑机接口技术还会融合更多更先进的人工智能技术，实现更好的信号处理、特征提取和模式识别，从而提升系统的性能和智能化程度。同时，脑机接口设备的体积和形状将进一步小型化和柔性化，使用户更加舒适和便携，且易于适配头部形状和大小不同的用户。脑机接口设备还将采用先进的能源技术和高效的算法，以实现更高的能源效率和续航时间，从而确保长期运行和大规模部署。

随着性能更高的脑机接口投入使用，马斯克于2022年11月底宣布的前景将会变为现实。马斯克表示，我们有理由相信，通过更先进的植入式脑机接口，未来能让脊髓断裂的人恢复对身体的控制。而对于视觉障碍人士，即使他们以前看不见，以前天生没有视力，只要他们大脑中负责视力的皮层存在，马斯克及其团队也相信他们在植入物被植入后，仍能重获光明。理论上讲，如果人的外周神经系统出现问题，但只要大脑的功能是好的，都能借助脑机接口技术来治疗或改善疾病的状况。因此，随着脑机接口在未来的性能完善和水平提高，当其可以使一切残障人士恢复为健全人时，“残障”的现象将被彻底根除，如同BrainCo的创始人韩璧丞所认为的，脑机接口使得人机融合时代到来，以后的世界将没有“残障人”这个概念，先前的残障人可以像健全人一样过美好而有尊严的生活。

其次，脑机接口将被广泛应用于医疗、康复、娱乐等领域，逐渐造就一种“以想行事”的常态化行为方式。尽管BCI最初旨在治疗，主要应用于医疗领域，但它正在越来越多地被开发应用于教育、娱乐、军事、工业等其他领域，形成了超出医疗用途之外的多种用途。随着技术的进步和成本的降低，脑机接口技术将逐渐普及化，成为人类生活和工作中不可或缺的一部分。在这个阶段，还会不断涌现出各种商用的BCI，如用于控制电子游戏中的人物、汽车或其他元素，华盛顿大学计算机科学与工程教授拉加什·拉奥将其统称为“服务型BCI”，包括自动驾驶和脑控机器人、网页浏览和虚拟世界导航、教育与学习、游戏与娱乐、警觉性监测、记忆和认知能力增强、测谎、安保与身份识别、脑控艺术等，它们可以作为一种新的消费产品进入市场，也意味着脑机接口从作为残障人士的治疗手段扩展成为健全人在非医用范围内使用的工具。如脑机接口应用于电脑游戏，开发了一种全新的娱乐方式：玩家不用任何肢体动作和声音指令，仅靠意识活动来实施对游戏的操控，即所谓“脑控游戏”，它可以进一步丰富游戏的趣味性。脑机接口用于提高人的认知能力，在教学等领域中得到了初步的应用，今后还会不断拓展这种应用。在艺术领域，艺术家可以将大脑中要创作的艺术作品直接通过脑机接口呈现出来，如“脑绘画”就已初步实现了这一目标。在军事和日常生活领域，BCI技术被认为可以帮助人们更有效地操控机器人、无人车、无人机等设备。在生产领域，脑机接口还可以作为新型的劳动工具，劳动者通过意念就可以控制生产线的运行。此时，脑机接口将成为一种普遍的可以用意念做事的手段，人的行为和生活方式将会发生重大变化，它使“以想行事”将成为人的一种常态化的行动方式。脑机接口通过充当新型的实践工具和劳动工具，使人的实践方式与劳动方式发生颠覆性变化：人可以不动用肢体进行物理上的动作，就可以凭头脑中的“运动想象”去达成实践效果或取得劳动成果，从而实现“知行合一”。这无疑为哲学社会科学的探究拓展了新的广阔空间。

最后，脑机接口还可能促进人机智能融合、开辟人类增强的新途径。随着脑机接口技术的不断成熟和安全性的不断提高，其应用终将从治疗扩展到增强，即被健全的人用于补充、增加和强化自己的身体功能，包括行动或运动能力、感知和认知能力。例如，用于增强人的体能、提高人的反应速度和精度、扩展人的感知范围、提升记忆能力以及提高学习效率等。如果说脑机接口用于治疗是为了使“亚常”的人变为健全的人，那么增强的目的就是使健全的人进一步变为“超常”的人，即在相关能力上更加突出的人。

就感知增强而言，未来人们可能通过脑机接口所形成的人工感官去体验一些仅靠我们的天然感官无法体验的感知，如感知紫外光和红外光、超声波与次声波，或感受一些动物可以感知但人类不能感知的对象，解决美国哲学家托马斯·内格尔曾提出的感知难题：“人无法像蝙蝠那样去感受。”这也是在感知能力上人对于动物体验的解析与交互：“由于生存环境的差异，动物进化出了多种多样的感知系统，这些感知系统的灵敏度、检测范围以及可检测信号的类别与人类都有所差异。例如，犬类有非常灵敏的嗅觉，鱼类能识别电场信号，鸟类能识别磁场信号。利用‘人工感知’技术可以对动物的感知过程和行为特征进行解析与数字化编码，进而通过数字化信号实现与动物的交互。”由此一来，人的感知阈将极大扩增。

脑机接口还可用于人的智能增强，这就是通过BCI将人工智能与人的智能融合为一体，人脑将外在的工具同化为自己的一部分，使人所具有的生物禀赋与技术能力有机地整合为一体，通过植入式BCI将人工智能深度融入人脑（从“机器入身”到“机器入脑”），人的能力和机器的能力集合为一个具有“超能力”的智能体。

这样的增强过程是对人的自然身体的有限性的超越，即“超越身体给大脑设定的边界”，“将大脑从身体的局限中解放出来”。这一前景也被有的学者描述为一幅克服人的“生物学局限性”而走向“超人”或“后人类”的图景。当然，对于是否允许发生这样的未来走向，在学术界形成了极为尖锐的人文争议，其焦点在于：人经过这样的增强或改变后是否会丧失其本质？人的自然天性或人性是否可以用脑机接口或脑机融合之类的技术来改变？由脑机接口增强而成的“超人”或后人类是否会解构我们先前关于“人是什么”的信念？此外，这样的增强性应用还会引发社会公正性、人类多样性、个人自由等问题，因此，需要慎之又慎地认真对待。