脑机接口（七）深度解析脑机接口技术，马斯克所说的脑机接口是什么？脑机接口的技术原理是什么？#脑机接口 #马斯克 #科技 #脑科学

脑机接口技术解析

一、脑机接口的定义

脑机接口（brain-computer interface，简称BCI）是指在有机生命的脑或神经系统与具有信息处理或计算能力的物理设备之间，用于实现脑机信息交互的连接通路。通俗来说，就是将大脑与外界机器连接起来，使两者能够交换信息并相互作用，连接介质为脑机接口设备。外部设备可以是电脑、手机、可穿戴设备、假肢，甚至另一个人的大脑等一切可读取、处理大脑信息的载体；传输的信息包括思维意识、记忆、大脑指令等。脑机接口设备捕获信息后，可传输给体外交互设备，或直接传输至另一个人的大脑，实现脑脑交互。

二、脑机接口技术基本原理

脑机接口技术在不同发展阶段和方向上原理不同，核心问题是如何在不借助人体表达的情况下，让机器直接读懂大脑信息及定位语义对应的脑区。以下介绍四种技术原理：

（一）功能性磁共振成像技术（fMRI）

功能性磁共振成像技术（fMRI）基于大脑工作时的能量消耗原理：大脑进行思维或指挥动作时，对应脑功能区域的神经元消耗更多能量，导致该区域脑组织代谢加快，血液中含氧血红蛋白浓度增加，进而改变血液磁场性质。fMRI技术通过脑外部的磁场变化记录脑活动，实现人脑活动的可视化成像。其优势是能在宏观上帮助了解大脑不同区域的工作情况（如大脑结构及功能研究），但缺点是仅能宏观监控，涉及上亿神经细胞，且依赖血液流动的数据时延大、精确度低，无法满足脑机接口的构想。

（二）脑电图技术

脑电图技术通过精密电子仪器，从头皮上将脑部的自发性生物电位放大记录而获得图形，即通过电极记录脑细胞群的自发性节律性电活动（俗称“在脑袋上贴电极监测脑电波”）。该技术可用于发现癫痫类或精神性疾病，相比fMRI在时延上有明显进步，但由于每次监测仍涉及数以亿计的神经元，精确度依然不高。

（三）皮质电流探测技术

皮质电流探测技术通过绕过颅骨屏障，将电极放置于颅骨下直接接触大脑皮层（未侵入皮层）。其空间精度可达1平方厘米范围内的神经元，时延精确到5毫秒。该接入方式虽进入大脑内部，但对大脑伤害小、风险低，但1平方厘米范围内的神经元数量仍十分巨大，需进一步精进。

（四）局部场电位探测技术

局部场电位探测技术将一定数量的极其微小电极植入大脑皮层以下1-2毫米处，探测电极附近神经元释放的微电流，放大后传输至脑外设备，实现脑机单向交流。通过多电极芯片（几毫米见方集成成百上千个微电极），可提升监测规模，其精确度高、时延小，读取数据具备高应用价值。目前该技术已发展到可监测和控制单个神经元的电位变化，真正意义上攻克了大脑信息写入、读出的底层技术。