在科幻电影中，经常有这样的场景：残疾人可以用机械臂自如地弹唱，人类依靠意念指挥着庞大的机械……其实，这些神奇的场景都是以一种技术为基础的——脑机接口技术（Brain Computer Interface，简称BCI）。
脑机接口，是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑与设备的信息交换。当人类思考时，大脑皮层中的神经元会产生微小的电流。人类进行不同的思考活动时，激活的神经元也不同。而脑机接口技术便可以靠直接提取大脑中的这些神经信号来控制外部设备，它会在人与机器之间架起桥梁，并最终促进人与人之间的沟通，创造巨大价值。
其实在很早之前，科学家就已经有了制造早期脑机接口技术的想法，但由于技术的限制，一直没有什么实质性的进展。在此后的时间里，人们针对该技术的算法和应用不断创新。如果将脑机接口技术的发展划分为三个阶段：第一阶段是科学幻想阶段，第二阶段是科学论证阶段，第三阶段也就是当下所处的阶段，主要聚焦用什么技术路径来实现脑机接口技术，将出现各种各样的技术方法，进入“技术爆发期”。
当下，脑机接口技术可分为侵入式和非侵入式两大类：
侵入式脑机接口是指在大脑中植入电极或芯片。人的大脑中有上千亿个神经元，通过植入电极，可以精准地监测到单个神经元的放电活动。但这种方式会对大脑造成一定的损伤，电极的植入不但会损伤大脑神经元，也会有感染的风险。在大脑中植入电极后，周围的胶质细胞会逐渐将电极包裹起来，电极监测到的神经元活动会越来越少。几年甚至几个月后，电极就完全监测不到神经元活动，如果需要再次使用，就得重新植入电极，再次经历风险。
非侵入式的脑机接口是指头戴式的脑电帽，它主要是使用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。这种方式可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，主要缺点是不够精准。此外，头戴式的脑电帽虽然不会损伤大脑，但每次使用时都需要先洗干净头发，再往脑电帽的电极中注入导电胶，操作起来十分麻烦。
除了存在“侵入性”植入物的安全和健康风险外，脑机接口技术还存在很多伦理和技术问题：如果可以在大脑中安装芯片，有多少人会同意安装呢？人们是否能接受“开头颅、插芯片”，并试图“篡改”自己的神经冲动呢？
虽然存在很多困难和风险，科学家还是在积极探索脑机接口技术的实现与应用。医疗领域将是脑机接口技术的主要用武之地，例如利用脑机接口技术，使残障患者通过控制机械臂进行活动。
除医疗领域外，脑机接口技术目前还被广泛应用于航空航天、教育、娱乐等多个领域。例如在航空航天领域，脑机接口技术可以帮助航天员用大脑更好地操控机械设备，在特殊的环境下执行任务等。未来，脑机接口技术将应用到更多领域，发展前景值得期待！
本文由中国科学院自动化研究所研究员樊令仲进行科学性把关。