作家：奶树

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宅心念操控无东谈主机遨游，让瘫痪患者再行行走，以致让无法言语的东谈主"启齿"语言——这些还是只存在于科幻演义中的场景，正通过无创脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）工夫一步步走向施行。

在总共 BCI 工夫中，无创脑机接口因其无需手术、安全性高的特色，成为了首先进入人人视线并展现出庞杂应用后劲的范围。而无创脑机接口的历史，要从一个世纪前那张已然的脑电图运转，这亦然东谈主类追寻奈何学会"阅读"大脑的语言的着手。

心灵感应的执念：脑电图的出身

无创脑机接口的历史，与一位名叫汉斯 · 伯格（Hans Berger）的德国精神科大夫的故事紧密连络。伯格的科研之路，始于一次惊魂动魄的履历。

年青时，他在马队军队投军，一天在老到中苦难从速即摔下，几乎被后方的大炮车碾过。避免于难的他，当晚竟收到了久未相关的家东谈主的电报，研究他是否祥瑞。本来，在他遇险的统一时候，边远的姐姐心中倏得感到一阵强烈的不安，信服弟弟身处险境。

此次恰巧在伯格心中埋下了一颗种子，他运转陷落于"心灵感应"的可能性，并揣度在极点厚谊下，大脑八成能发出某种物理信号被边远的东谈主收受。这个看似天马行空的想法，驱动他将余生干预到对大脑电举止的相干中。

汉斯 · 伯格

在伯格之前，已有科学家在动物大脑上检测到了轻细的电信号，并将其称为"脑电波"。但从未有东谈主见效纪录到来自东谈主类头皮的脑电信号，主要原因在于掀翻头颅检测脑电波，在绝大部分东谈主看来仍然很是危境且成果难以谋划。然而跟着相干的进行，伯格迟缓发现，和昔时的动物实验不同，其实咱们无需掀开颅骨也能捕捉到这种信号。

在履历了多年崎岖与失败后，1924 年，他终于取得了打破。借助其时西门子最精密的电流计，他将电极贴在我方犬子的头皮上，见效纪录下了东谈主类历史上第一张脑电图（Electroencephalogram, EEG）。

东谈主类历史上检测到的第一份脑电图（第一滑）

伯格发现，这些脑电波并非杯盘散乱，而是呈现出法则性的节拍。他将东谈主在闭眼训斥现象下出现的法则波形定名为 α 波（Alpha Wave），而当东谈主睁开眼睛，进入专注想考现象时，α 波会灭绝，改姓易代的是频率更快的 β 波（Beta Wave）。此外，他还发现了与寝息现象有关的 δ 波和 θ 波。

伯格大夫与他使用的电流检测仪

关联词，由于伯格脾气内敛，且追念这个收尾太过离奇而不被收受，他将这些创始性的数据尘封了五年之久，直到 1929 年才公设备表。

竟然如斯，学界起始对此充满了怀疑。直到 1934 年，诺贝尔奖得主埃德加 · 阿德里安（Edgar Adrian）见效相通了他的实验，伯格的发现才得到主流学术界的承认。汉斯 · 伯格发明的 EEG 工夫，被公认为是全国上第一个脑机接口，它为无创地"窃听"大脑举止掀开了一扇大门。

从艺术到应用：BCI 观念的萌芽

EEG 的出现，让东谈主们第一次能够及时不雅察大脑的"厚谊"。最早的脑机接口应用，出东谈主猜想地出当今了艺术范围。

1965 年，好意思国前卫派作曲家阿尔文 · 卢西尔（Alvin Lucier）创作了一部名为《独奏者音乐》（Music for Solo Performer）的作品。扮演时，他将 EEG 电极贴在头上，系统会捕捉他大脑产生的 α 波，并将其改动为信号来敲击大饱读、钹等打击乐器。扮演者需要通过闭眼来产生 α 波，"演奏"音乐。

这不错说是最早的"脑波音乐"，亦然 BCI 最早的雏形之一。

《独奏者音乐》现场

信得过从科学上建议"脑机接口"观念的，是法国算计机科学家雅克 · 维达尔（Jacques J. Vidal）。1973 年，他在一篇论文中初次使用了" Brain-Computer Interface "这个术语，并构想了一套完竣的系统框架：通过 EEG 捕捉大脑的输出信号，愚弄算计机算法进行解码，最终终了让大脑班师限度光标、假肢等外部确立。他我方也终光显脑电波限度光主义简便操作。

维达尔建议脑机接口观念时的缱绻图

关联词，在维达尔建议观念后的近二十年里，BCI 的相干一度堕入千里寂。受限于其时算计机的照管才智和信号解码算法的落伍，加之分子生物学、天际探索等范围招引了远大科研经费，脑机接口的发展进度相对镇静。

直到八九十年代，有关的应用才运转迟缓披露，比如在 1988 年，有团队发表了第一篇用 EEG 限度实体机器东谈主移动的论文，他们愚弄睁眼和闭眼时 α 波的变化来启动和住手一个小型机器东谈主。

意念限度的 N 种面孔：当代无创 BCI 范式

跟着算计机工夫和算法的迅速发展，无创 BCI 在 20 世纪 90 年代后迎来了茁壮发缓期，并养殖出几种主流的工夫范式。

畅通设想（Motor Imagery）

当咱们设想我方移动左手或右手时，大脑中谨慎畅通限度的区域会产生特定的、可被 EEG 检测到的电信号扰动，这被称为"嗅觉畅通节拍"。通过解码这些信号，就不错终了对外部确立的限度。

1991 年，已有团队设备出通过设想手臂挥舞算作来限度电脑光标崎岖的系统。2013 年，好意思国明尼苏达大学的贺斌评释注解团队更是终光显让受试者通过设想捏左拳、捏右拳或双手同期捏拳，来区分限度无东谈主机左转、右转或飞腾。

限度无东谈主机时傍边手捏拳检测到的脑电信号

这一工夫最振作东谈主心的应用，莫过于 2014 年巴西全国杯的开幕式。一位下身瘫痪的后生，身穿一套外骨骼机器东谈主，头戴 EEG 脑电帽，通过"设想"踢球的算作，见效开出了比赛的第一球。

2014 年巴西全国杯开赛时的第一球

稳态视觉诱发电位（SSVEP）

这是愚弄视觉皮层对特定频率醒目光的响应来终了限度。简便来说，屏幕上不错成就多个醒目的按钮，每个按钮的醒目频率皆不同（如 6Hz, 7Hz, 8Hz）。当你的眼睛扎眼其中一个按钮时，你的大脑视觉皮层就会产生一个与该按钮醒目频率相通的脑电信号。

稳态视觉诱发电位旨趣图

算计机通过识别这个特定的频率，就能判断出你想按哪个按钮。 我国清华大学的高小榕评释注解团队是该范围的全球越过者。他们曾为一位得了渐冻症、只消眼睛不错移动的患者定制了一套这么的系统，让他不错简单话言。

P300 电位

当你在开阔信息中，倏得看到一个你正在期待或认为新奇的目的时，你的大脑会在约莫 300 毫秒后产生一个被称为" P300 "的格外脑电信号。1988 年，好意思国科学家伊曼纽尔 · 唐钦（Emanuel Donchin）愚弄这一旨趣发明了" P300 拼写器"。

霍金专属的 P300 拼写器

在一个由字母和数字构成的矩阵中，各行各列会只怕快速醒目。使用者只需盯住我方想输入的阿谁字母，当该字母地方的行或列醒目时，大脑就会产生 P300 信号，系统捕捉到这个信号后，就能细目用户想要聘请的字母。这套系统曾经被尝试用于为斯蒂芬 · 霍金设备新的交流器用。

机遇与瓶颈：无创 BCI 的翌日之路

无创脑机接口的最大优点了然于目：安全、方便、收受度高。它不需要进行任何外科手术，只需捎带一个雷同头盔真实立即可，这使其在买卖化和普及方面具有庞杂后劲，而中国在这一范围的发展已处于全国前线。

关联词，它的过失也一样隆起。由于颅骨和头皮的隔断，EEG 信号很是轻细，且空间分辨率低，咱们只可得到一个已然、轮廓的大脑举止信息。这就好比隔着畅通场听里面的欢腾声，咱们能判断出比赛的横蛮程度，却无法听清每个不雅众在喊什么。因此，无创 BCI 能传递的信息带宽有限，限度的缜密度和直不雅性也较差，每每需要使用者进行远大的老到来允洽系统。

翌日，东谈主工智能和先进的解码算法有望进一步提高无创 BCI 的性能，从有限的信号中挖掘出更丰富的信息。但要终了信得过科幻级别的、复杂而纯确切"心灵限度"，咱们八成还需要长远大脑里面，凝听神经元之间更班师的对话。这，即是咱们下一期，侵入式脑机接口将要弘扬的故事。