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宅心念操控无东说念主机飞翔，让瘫痪患者再行行走，以致让无法言语的东说念主"启齿"谈话——这些照旧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）技能一步步走向现实。

在所有 BCI 技能中，无创脑机接口因其无需手术、安全性高的特色，成为了起初进入众人视线并展现出高大应用后劲的畛域。而无创脑机接口的历史，要从一个世纪前那张拖沓的脑电图运转，这亦然东说念主类追寻何如学会"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）的德国精神科医师的故事紧密衔接。伯格的科研之路，始于一次惊魂动魄的资历。

年青时，他在马队部队从戎，一天在捕快中倒霉从立时摔下，几乎被后方的大炮车碾过。避免于难的他，当晚竟收到了久未规划的家东说念主的电报，商酌他是否祥瑞。蓝本，在他遇险的合并时代，远处的姐姐心中已而感到一阵强烈的不安，服气弟弟身处险境。

此次碰巧在伯格心中埋下了一颗种子，他运转千里醉于"心灵感应"的可能性，并想到在顶点表情下，大脑大略能发出某种物理信号被远处的东说念主吸收。这个看似天马行空的想法，驱动他将余生干与到对大脑电步履的议论中。

汉斯 · 伯格

在伯格之前，已有科学家在动物大脑上检测到了微小的电信号，并将其称为"脑电波"。但从未有东说念主班师记载到来自东说念主类头皮的脑电信号，主要原因在于掀翻原颅检测脑电波，在绝大部分东说念主看来仍然极端危急且效果难以瞻望。然则跟着议论的进行，伯格冉冉发现，和夙昔的动物实验不同，其实咱们无需掀开颅骨也能捕捉到这种信号。

在资历了多年坎坷与失败后，1924 年，他终于取得了冲突。借助那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，班师记载下了东说念主类历史上第一张脑电图（Electroencephalogram, EEG）。

东说念主类历史上检测到的第一份脑电图（第一瞥）

伯格发现，这些脑电波并非参差不齐，而是呈现出法例性的节拍。他将东说念主在闭眼缩短状况下出现的法例波形定名为 α 波（Alpha Wave），而当东说念主睁开眼睛，进入专注念念考状况时，α 波会销亡，新瓶旧酒的是频率更快的 β 波（Beta Wave）。此外，他还发现了与睡觉状况相干的 δ 波和 θ 波。

伯格医师与他使用的电流检测仪

关联词，由于伯格脾性内敛，且驰念这个终局太过离奇而不被袭取，他将这些创始性的数据尘封了五年之久，直到 1929 年才公开发表。

果如其言，学界领先对此充满了怀疑。直到 1934 年，诺贝尔奖得主埃德加 · 阿德里安（Edgar Adrian）班师类似了他的实验，伯格的发现才得到主流学术界的承认。汉斯 · 伯格发明的 EEG 技能，被公认为是寰球上第一个脑机接口，它为无创地"窃听"大脑步履掀开了一扇大门。

从艺术到应用：BCI 观念的萌芽

EEG 的出现，让东说念主们第一次能够及时不雅察大脑的"表情"。最早的脑机接口应用，出东说念主预感地出当前了艺术畛域。

1965 年，好意思国前锋派作曲家阿尔文 · 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，并将其转化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

信得过从科学上提倡"脑机接口"观念的，是法国野心理科学家雅克 · 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，愚弄野心理算法进行解码，最终结束让大脑径直适度光标、假肢等外部斥地。他我方也结束了脑电波适度光所在浅显操作。

维达尔提倡脑机接口观念时的想象图

关联词，在维达尔提倡观念后的近二十年里，BCI 的议论一度堕入千里寂。受限于那时野心理的惩办才略和信号解码算法的过期，加之分子生物学、天外探索等畛域迷惑了大齐科研经费，脑机接口的发展程度相对冷静。

直到八九十年代，相干的应用才运转冉冉袒露，比如在 1988 年，有团队发表了第一篇用 EEG 适度实体机器东说念主迁移的论文，他们愚弄睁眼和闭眼时 α 波的变化来启动和罢手一个小型机器东说念主。

意念适度的 N 种步地：当代无创 BCI 范式

跟着野心理技能和算法的飞快发展，无创 BCI 在 20 世纪 90 年代后迎来了蕃昌发缓期，并孳生出几种主流的技能范式。

通顺想象（Motor Imagery）

当咱们想象我方迁移左手或右手时，大脑中负责通顺适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"嗅觉通顺节拍"。通过解码这些信号，就不错结束对外部斥地的适度。

1991 年，已有团队开发出通过想象手臂挥舞当作来适度电脑光标坎坷的系统。2013 年，好意思国明尼苏达大学的贺斌阐发团队更是结束了让受试者通过想象抓左拳、抓右拳或双手同期抓拳，来差别适度无东说念主机左转、右转或上涨。

适度无东说念主机时傍边手抓拳检测到的脑电信号

这一技能最振作东说念主心的应用，莫过于 2014 年巴西寰球杯的开幕式。一位下身瘫痪的后生，身穿一套外骨骼机器东说念主，头戴 EEG 脑电帽，通过"想象"踢球的当作，班师开出了比赛的第一球。

2014 年巴西寰球杯开赛时的第一球

稳态视觉诱发电位（SSVEP）

这是愚弄视觉皮层对特定频率精明光的响应来结束适度。浅显来说，屏幕上不错设置多个精明的按钮，每个按钮的精明频率齐不同（如 6Hz, 7Hz, 8Hz）。当你的眼睛崇拜其中一个按钮时，你的大脑视觉皮层就会产生一个与该按钮精明频率交流的脑电信号。

稳态视觉诱发电位旨趣图

野心理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阐发团队是该畛域的全球朝上者。他们曾为一位得了渐冻症、只好眼睛不错迁移的患者定制了一套这么的系统，让他不错平淡谈话。

P300 电位

当你在繁密信息中，已而看到一个你正在期待或认为新奇的主义时，你的大脑会在疏忽 300 毫秒后产生一个被称为" P300 "的独特脑电信号。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，各行各列会偶然快速精明。使用者只需盯住我方想输入的阿谁字母，当该字母所在的行或列精明时，大脑就会产生 P300 信号，系统捕捉到这个信号后，就能细目用户想要遴荐的字母。这套系统曾经被尝试用于为斯蒂芬 · 霍金开发新的交流器具。

机遇与瓶颈：无创 BCI 的翌日之路

无创脑机接口的最大优点无庸赘述：安全、方便、袭取度高。它不需要进行任何外科手术，只需指导一个类似头盔的斥地即可，这使其在营业化和普及方面具有高大后劲，而中国在这一畛域的发展已处于寰球前线。

关联词，它的时弊也雷同超越。由于颅骨和头皮的斥逐，EEG 信号极端微小，且空间分辨率低，咱们只可获取一个拖沓、抽象的大脑步履信息。这就好比隔着通顺场听里面的应承声，咱们能判断出比赛的浓烈程度，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，适度的精采度和直不雅性也较差，通常需要使用者进行大齐的捕快来相宜系统。

翌日，东说念主工智能和先进的解码算法有望进一步进步无创 BCI 的性能，从有限的信号中挖掘出更丰富的信息。但要结束信得过科幻级别的、复杂而生动的"心灵适度"，咱们大略还需要长远大脑里面，凝听神经元之间更径直的对话。这，等于咱们下一期，侵入式脑机接口将要叙述的故事。