編者按：2023年5月起，“學習強國”學習平臺與中國科學報社聯合發起“科學家回信”活動，邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學家、科技工作者提問、留言。活動啟動后，“學習強國”“科學網App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者姚昭源的提問，請南開大學醫學院講師明濤發出第一百零二期手書回信。
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讀者姚昭源：科學家您好，我想知道前幾年聽過一個稱為腦機接口的概念，我很好奇具體要怎么實現？
明濤：腦機接口（BCI）技術是一種在大腦與外部設備之間建立直接通信鏈接的創新方法，它允許大腦直接發送指令給外部設備，而無需經過傳統的神經肌肉通路。實現腦機接口并非簡單地在腦袋上開個洞與計算機相連，其具體技術路徑差異很大。從大腦中采集信號主要分為侵入式、半侵入式和非侵入式三種類型。
非侵入式：通過外部設備（如頭盔或頭環）檢測頭皮表面的微弱腦電信號（EEG）。其優點是完全無創，但信號模糊，質量差，只能識別簡單意圖，如腦電波打字。
半侵入式：將電極放置在大腦表面（硬腦膜外），這種方法稱為ECoG（皮層電圖）。它需要手術植入，但無需穿透腦組織。信號質量比非侵入式更好，但弱于侵入式。可用于一些實驗性的運動功能恢復。
侵入式：將微電極陣列直接植入大腦皮層，記錄單個神經元的電信號。優點是信號極其精準（能分辨單個神經元的放電）。缺點是手術風險高，長期可能引發免疫排斥或信號衰減，而且侵入式電極可能被免疫系統包裹，導致信號衰減。
采集到大腦發出的電信號后，需要對這些信號進行預處理，以提高其質量和可靠性。然后，從信號中提取特征，包括頻率、振幅等，這些特征能夠反映大腦活動的特定模式。
之后，利用模式識別或機器學習等技術，將提取的特征與用戶的意圖進行匹配，從而解碼大腦信號。解碼成功后，根據信號生成相應的指令或控制信號，用于控制外部設備。
腦機接口技術具有廣泛的應用前景，如醫療康復、殘障輔助、虛擬現實和游戲等。然而，隨著技術的不斷發展，其安全性和倫理問題也日益凸顯。例如，如何確保植入式電極的安全性和長期穩定性，如何保護用戶的隱私和數據安全，以及如何避免技術被濫用等。
因此，在推動腦機接口技術發展的同時，必須充分考慮并解決這些安全性和倫理問題。只有這樣，才能確保腦機接口技術能夠為人類帶來真正的福祉，而不是成為新的風險和挑戰。
本文鏈接：科學家回信|明濤：解碼腦機接口技術http://m.sq15.cn/show-11-20615-0.html
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