【中华】人類大腦跟宇宙一樣難解，也一樣是大國科學競爭重點領域。明年收官的中國「十四五」規劃裏，七項要攻關的科技前沿領域，有一項就是「腦科學與類腦研究」。在政策和經費支持下，近年內地涉及腦科學的「腦機融合」技術應用有跨步式進展，並逐漸走入生活。憑藉意念「隔空取物」、讓機器語我所思，科幻正在成為現實；更簡單實用的是，套個眼罩讓你昏睡。
智能睡眠儀試用者：如獲新生
「雖然僅僅體驗了6分鐘，但我摘下儀器，整個人就像『新生』一樣，繃緊的神經得到了紓緩，大腦也得到了放鬆，走路也變得輕快許多。」這麼一段很像營銷廣告詞的話，是兩周前的中國國際供應鏈促進博覽會（鏈博會）上，參觀者小燕對一款智能睡眠儀的試用後描述，她還說，儀器的「後勁」很大，「摘下儀器後，我就在不停打哈欠，整個人處於可以『就地睡着』的狀態。」
半信半疑之下，記者遂排隊親身檢驗真假。該款睡眠儀的形狀與普通眼罩相仿，重量100克。工作人員幫記者戴上，隨即進入一片黑暗，遮光良好。開機之後，耳中傳來輕緩音樂，同時有微弱電流輕輕打在兩邊眉毛上方。隨着檔位的調節，電流逐漸加大，酥麻感逐漸從頭部傳遞至四肢。
記者身處展會之中，腦中的雜念和耳邊的噪音卻像是都被屏蔽一樣，身體有了真正的「鬆弛感」。摘下儀器後，記者的感受判定小燕沒有誇張，當晚也睡了一個好覺。
現場工作人員介紹，記者體驗的「智能安睡儀」採用CES物理助眠療法（經顱微電流刺激療法），作用於大腦皮層結構和腦幹結構，通過產生低強度、微量的弱脈衝微電流，刺激大腦分泌具有鎮靜性作用的內啡肽，減少皮質醇含量，降低焦慮，減緩壓力。
簡單說就是干預腦電波，促進睡眠。同時，還能通過App智能監測，分析大腦狀態，可進行認知行為干預，更有針對性的修復睡眠。該助眠儀來自腦機接口領域獨角獸企業BrainCo強腦科技，看上去很神奇，其實類似儀器在內地已經是成熟商品。而在「腦機融合」來說，更「高端」的應用已經出現可見前景。
癱瘓者靠腦信號重新活動
「腦機融合」是以腦機接口技術為基礎，綜合腦到機、機到腦等不同信息傳輸方式的技術統稱。腦機接口技術建立了大腦與外部機器設備或電腦之間的直接通訊通道，相關技術近年來在中國得到政府支持。僅2021年度，科技部發布「中國腦計劃」（腦科學與類腦研究計劃）重大項目申報涉及59個研究領域和方向，國家撥款經費就超過31.48億元人民幣。至今相關研究項目，在生物醫學、神經康復取得重大進展。
12月6日，國際腦機接口大會在上海舉行。復旦大學附屬華山醫院院長毛穎公開了上海首宗腦機接口產品臨牀試驗植入手術患者的康復情况，「可以用『震撼』兩個字來形容，患者恢復過程非常順利，改善十分明顯」。毛穎介紹，術後一個月，患者已經可以在氣囊手套輔助下，自如地手拿杯子喝水。
該名患者今年38歲，因車禍造成頸椎脊髓損傷，導致手部無法抓握、無法站立，且4年康復無改善，他在11月6日接受了手術。作為主刀醫生的毛穎介紹，手術僅用時1小時40分鐘，植入的是博睿康醫療科技與清華大學生物醫學工程學院洪波教授團隊合作開發的NEO（Neural Electronic Opportunity）腦機接口產品。
這也是NEO在全國的第三宗臨牀試驗植入手術。首例患者老楊（化名）四肢癱瘓14年，去年10月在北京宣武醫院接受植入手術，半年後可以靠自己的腦信號指揮氣動手套，抓握勺子進食和喝水；第二例患者小白脊髓損傷，現已能夠「腦控」輪椅逛超市。洪波在國際腦機接口大會上透露，明年將有30至50宗NEO腦機接口植入手術。
NEO由電極、體內機和體外機組成。其中，採集信號的電極放置在顱骨與硬腦膜之間，事前要通過對大腦功能的磁力共振掃描，測定其手部活動的大腦激活區；體內機是處理器，不含電池，埋在顱骨內；體外機則隔着頭皮，給體內機無線供電、接收腦內神經信號，再傳送到電腦或手機上。
NEO歸類於「半侵入式」，其特點在於微創。全球首富馬斯克的Neuralink公司的技術路線，則是將電極等信號記錄裝置植入大腦皮層，屬於「侵入式」範疇。
中國還有團隊研製血管內腦機接口設備，並在動物身上取得成功。南開大學科研人員將比頭髮絲還細小的腦機電極，放置在一個細小的網絲線圈，沿着血管導入在相應腦區的血管壁上，就可以採集到腦電信號。目前已經識別出羊在「臥」、「站」、「走」三種狀態下的腦電信號，還完成了全球首宗猴腦控機械臂的試驗。
前景闊 缺成熟晶片解難題
專家也在國際腦機接口大會提到，腦科技研究儘管市場前景廣闊，但也面臨不少難題。洪波表示，腦機接口在神經信號採集、無線供能和通訊方面，目前缺乏成熟的晶片解決方案，他希望在未來3至5年內不斷迭代其植入腦機接口產品，「使它愈變愈小，通道數愈來愈大，最終成為連接大腦和外部設備的革命性界面」。
毛穎則提到，只有實現腦和機的互動，才是真正的腦機接口，這一領域涉及非常前沿的產業集群，包括醫學、材料、集成電路等等，未來發展空間巨大。中國科學院上海微系統所副所長陶虎指出，未來希望推進高通量柔性腦機接口系統與人工智能技術的結合，更好幫助重大腦疾病診療，幫助漸凍症、高位截癱等患者重建語言和運動功能。
腦機接口技術除了應用於醫療健康，在虛擬現實遊戲領域有着巨大商機，甚至被認為有望讓冷卻的元宇宙復熾。
早在20多年前科幻電影《22世紀殺人網絡》裏，人類通過在腦後插入連接器的方式進入虛擬世界，就讓侵入式腦機接口技術概念廣為人知。到近年的《挑戰者1號》、《爆機自由仁》電影和《3 體》電視劇，其中的信號頭盔，則是非侵入式腦機接口技術。
腦機互動遊戲等虛擬現實應用，將是一個前景廣闊的市場。工信部等7個部門年初發文推動未來產業創新發展時就指出，研製一批易用安全的腦機接口產品，鼓勵探索在醫療康復、無人駕駛、虛擬現實等典型領域的應用。該文件也指出，需要突破「腦機融合、類腦晶片、大腦計算神經模型」等關鍵技術和核心器件。
不過對於意識，科學家尚未探索清楚。要做到《22世紀殺人網絡》那種場景，人類還有很長的路要走。若大腦與萬物互聯這一天當真來臨，互聯網直接獲取人類積累的全部知識，所思所想也可以實時上傳、備份，這將徹底顛覆人類世界。
內地在2016年啟動「中國腦計劃」，基於腦科學研究發展起來的除了腦機接口技術，還有尖端的「類腦研究」，旨在構建人造超級大腦。
人腦擁有上千億個神經細胞（神經元）；神經元之間有複雜的神經纖維連接，通過百萬億個連接點（突觸），形成神經網絡和主導各種腦功能的神經環路。
「硬類腦」「軟類腦」兩大路徑
《科技日報》報道，人腦的信息處理系統具有無比的簡約高效。類腦智能相比傳統人工智能，具有低功耗、高算力的特點。要實現類腦智能，目前有「硬類腦」和「軟類腦」兩大路徑。
硬類腦通過開發神經形態的晶片和其他介質，以生物電子學、神經形態工程等學科為基礎，模擬並構建整個人工大腦。在一枚理想的類腦晶片當中，包含許多相當於神經元的處理器，這些處理器之間的通信系統相當於神經纖維，並模擬突觸結構。
軟類腦側重算法和模型，讓超級電腦模仿大腦的信息加工機制，從而在軟件中模擬大腦。目前軟類腦發展較快。
去年10月，中科南京智能技術研究院發布「問天I」類腦超級電腦，並已正式應用。「問天I」屬於軟類腦，具備5億神經元、2500億突觸智能規模，位居全球第二，較現有計算系統能效提升10倍以上。
研究腦機接口技術，不得不提作為技術基礎的腦電信號研究。華北某科研單位的一名資深心理學科學家向本報表示，腦機技術原理是通過一些傳感器或設備記錄人類大腦發出的電信號，並將這些信號轉化為數碼信號，通過電腦分析、處理，最終控制外部設備的運動。
近年來，腦電技術（Electroencephalography，EEG）被廣泛應用於心理學研究中，保障了心理學研究的科學性和客觀性。EEG是一種非侵入性的電生理監測方法，通過電極捕捉大腦皮層神經元群的同步突觸後電位活動，並將這些電信號放大、濾波、數碼化處理後記錄下來。
葉子（化名）參與過多項大型腦電實驗研究，她稱腦電信號的頻率、波幅、波形、位相、分佈等特徵可反映大腦不同狀態和功能。腦電技術通過記錄電位變化，反映大腦神經元群的同步活動，廣泛應用於醫學診斷、神經科學研究等領域。
其中事件相關電位（ERP）則是一種特殊的EEG成分，它與特定的感覺、認知或運動事件緊密相關。ERP技術被廣泛應用於癲癇、腦退化疾病的診斷。通過分析ERP波形，醫生可以早期發現這些疾病，並制定相應的治療計劃。而腦機之間可以互動，腦機接口技術甚至直接調控干預神經核團，正用於腦部疾病試驗治療，例如柏金遜症、抑鬱症等。
非侵入式利商業化 惟信號弱
若要進行複雜的腦控制機器操作，採集腦電信號後，利用機器學習模型等解碼信號是更關鍵的第二步，這需要強大的計算能力，否則解析的腦電信號會偏離用戶真實意圖。
目前腦機接口技術路線大致可分為3種：侵入式、非侵入式以及半侵入式。
日前出席國際腦機接口大會的中國科學院上海微系統所副所長陶虎解釋，侵入式腦機接口的優勢是電極與大腦的神經元近距離接觸，能進行高通量、高質量的神經信號採集，但組織損傷、炎症反應等風險較高；非侵入式腦機接口技術風險很低，但能夠提取的大腦信號精度較低，能完成的功能受限。
不過，非侵入式腦機接口設備也基於安全、易用特性，商業化場景潛力巨大，除了改善睡眠，也廣泛應用於殘障人士輔助設備領域。北京科企小水智能研發的智能輪椅，通過可穿戴腦控套件，用戶可「腦控」輪椅的多方位行動。
