脑机接口的研究进展到什么程度了？
我曾经写过两篇文章来论述脑机接口这个学科所面临的根本性问题：论脑机接口1，论脑机接口2. 这里细节不再多说，感兴趣的可以点进链接去看。总结来讲，脑机接口这个学科要实现工业应用面临着两个根本性的难题： 在过去几十年, 我们见到脑机接口技术中所使用的电极/探针[1]越来越精细，密度也越来越高，但其数量相对于人脑的复杂性来说，再提高十个数量级也不到九牛之一毛。也就是说目前还远远不到谈能够使用脑机接口技术“解读”人脑的时候。从搜索趋势上，我们也可以看到，脑机接口(Brain–computer interface)作为一个学科，其热度在过去十多年呈下降趋势，虽然偶有Neuralink等媒体热点出现，但这完全无法扭转趋势： 脑机接口的母学科Neuroscience在过去十多年也面临着产出不够有大众领域的应用价值的问题（即便是对学科热点研究对象，比如抑郁症等，其研究产出也仅仅具有参考价值，极少被应用于临床），其搜索热度甚至比脑机接口下降得更快： 对应的，是学科研究经费的削减. 作为学科研究经费的代表性来源，在扣减通胀之后，NIH经费已经有17年没有增长了[2]。在新冠疫情影响下，像这样没有明确应用价值产出, 而且预期也不会有的基础性学科，其研究经费的削减可以想象是首当其冲的: 相比之下，如过看人工智能(AI)方面的统计信息，简直是冰火两重对比明显，因为后者实实在在的在公众/工业领域解决了问题。其论文发表、研究金费增长、搜索热度趋势是完全同步的。 目前来看，脑机接口在可预期的将来仍然只适合作为基础学科待在实验室里。该学科所面临的原则性和原理性挑战对它自身来说——特别是在考虑到极为有限的研究金费和人员，并且不断恶化的实际情况——都是过于巨大的。我们预期的应当是其他领域的巨大进步泽被到该学科，而不是脑机接口学科的发展促进其他学科和社会的发展和技术的进步。在这样的巨大进步在其他学科出现前，对脑机接口领域爆出来的大新闻，我们首先就应当给打一个大问号，而不是人云亦云的跟着炒作（这样的教训在过去50年里如果不是出现了几千次，也至少有几百次了）。
目前非植入的脑机接口一般使用的是头皮脑电信号EEG， 主要实现的应用是运动想象和虚拟现实相结合，国内主要做的有清华大学的高上凯团队，美国明尼苏达大学的He Bin团队，他们去年做了一个脑控的直升飞机，可以控制4个方向的运动，其他还有瑞士的Miller团队主要做的轮椅控制，这种信号的开发比较容易，但是可以控制的运动状态较少。一般就4种状态，而且需要前期对计算模型的大量训练获得模型参数。 而植入式的脑机接口现在主要是在美国，主要是在人或灵长类动物的大脑皮层植入电极，采集信号做运动控制，但是由于是开颅手术，所以做起来风险较大。这种信号的时空分辨率很高，可以控制高维，多自由度的运动，目前最新的实验可以控制手臂和手的三维运动。 美国匹兹堡的Andrew Schwartz实验室，和布朗大学的John Donoghoue实验室都有在做，有美国的Brain Gate计划资助。 ================================================================== 最近又回到知乎了，来更一下。 按照脑机接口电极植入程度来分，主要有非植入式和植入式。因为我主要做的是运动型脑机接口，所以以下说的主要是脑机接口在运动功能重建中的应用。当然在语言，视觉，听觉中也有脑机接口的应用，但是我不是很了解。。 非植入式的脑机接口大概开创于上世纪70年代，比植入式的早。主要用的是EEG也就是头皮脑电信号。这种信号的特点是不需要开颅的，直接通过电极采集头皮的信号，所以比较适用于人，在临床上可以用于脑电信号监测，判断大脑是否有异常，比如癫痫等病症。在其他领域比如游戏，虚拟现实中也有很多的应用。但是由于采集的头皮脑电，所以信号的精细度不高，信噪比低，信息量少，很挑被试，使用前需要进行大量的训练。最新的研究表明，这种信号可以实现上肢在三维运动中的轨迹拟合，速度，方向，手势检测等。 植入式的脑电信号主要有spike（峰电位）， lfp（局部场电位），ecog（皮层脑电信号）。 spike和lfp信号通过针式电极植入皮层采集，信号质量好，运动信息含量大。目前已经有多例人上的成功案例，15年匹兹堡大学实现十个自由度的机械手控制（三维空间中的translation and orientation , 四种hand shaping），但是由于电极植入程度高，容易产生手术感染以及生物排斥反应，还有就是电极尖端的脱落导致信号稳定性差，容易衰减。就比如有兴趣的人可以搜Phil Kennedy，这个大牛是第一个做人植入式脑机接口的，因为他无法找到被试采集到数据，所以自己开颅自己植入了一个电极，但是最后由于头骨裂缝愈合问题导致实验失败。 ECoG信号较其他两种的植入性更小一点，在临床上主要用于难治性癫痫灶的定位，需要开颅手术将贴片电极放置在硬脑膜上（也有的放在硬脑膜下）。这种信号目前的研究进展为可以实现三维空间中上肢运动参数的重建（位置，速度等），手势，单手指运动。由于植入程度的关系，这种信号的特点正好介于以上EEG和 spike，lfp之间，包括手术风险，信号质量，覆盖范围等。 除了利用脑电信号，还可以用肌电信号来控制假肢。但是对于神经通路不完整的病人来说，比如渐冻人，脊髓损伤病人，或者中风病人来说，肌电信号就有其局限性。 脑机接口要用于临床应该还有一段路要走，在应用于临床之前还需要考虑很多东西。比如，病人如何更快更好地学习控制假肢，如何模拟真实运动过程中的本体感觉和触觉并反馈给用户，植入电极的安全稳定性，可携带型，是否有无线传输，其功耗，产热等相关技术问题， 还有由于神经信号的非稳性，脑机接口的性能是否能长期保持等等问题。 先更到这里啦，有问题可以留言讨论，我的语文是数学老师教的，有些地方如果表述有误请更正。。。