高小榕是清华大学长聘教授，从事脑机接口研究20年，提出并实现了一种脑机接口主要范式。本文根据高小榕老师2023年在“经观讲堂”上的发言整理，文章回顾了脑机接口自1973年创立50年的一系列里程碑事件，探讨了

　　为了进一步梳理脑机接口相关理论与技术前沿，集智俱乐部联合清华大学高小榕、中科院自动化所刘冰、中科院深圳先进院李骁健、清华大学眭亚楠四位老师，发起「」读书会。读书会从2024年5月18日开始，每周六19:00-21:00，持续时间预计8-10 周，欢迎从事相关研究、对脑机接口感兴趣的朋友报名参与交流。

　　今年 是脑机接口一个重要年份，脑机接口 （brain computer interface，BCI） 专有名词1973年创立，现在正好50年。（注：这里发言时是2023年）

　　脑机接口是人机交互的特殊形态。传统的人机交互必须有肌肉组织参加，如键盘、鼠标、语言，否则就没法进行交流。脑机接口可直接从大脑提取信号控制外部设备，替代、恢复、补充或改善大脑的功能。

　　50年前，美国加州大学洛杉矶分校的计算机科学家雅克·维达尔设想，通过放置在头皮上的电极可检测到大脑发出的实时信号翻译后用于控制计算机，首次描述了脑机接口的科学概念与设想。此后，在各国科学家的努力下，脑机接口的概念范畴不断延伸，例如与反馈/调控相结合的脑机交互 （interaction） ，与人工智能相结合的脑机智能 （intelligence） 。

　　另一个是怎么做“超人”，能跟ChatGPT之类的AI去交流。因为我们会面临一个问题，以后像ChatGPT这类的超级AI还带不带人“玩”了？怎么才能给AI机器人安上缰绳，让它一直带我们“玩”？

　　如果把脑机接口比作一幅拼图，前三块关键拼图依次是：脑信息采集、计算机科学及信号分析技术、神经科学。

　　1924年，脑电图之父、德国精神病学家汉斯·贝格尔首次记录到人类脑部的电信号活动，将其命名为脑电波。

　　汉斯·贝格尔是个富二代，很聪明，大学时攻读当时最牛的天体物理专业。当时德国的大学生需要军训，他在行军途中受伤，住院后接到家人的慰问电报，原来是他妹妹“感应”到哥哥受伤了。汉斯·贝格尔联想到他13岁时曾被电鳗电到的经历，他就琢磨，是不是自己和妹妹的脑子里，有跟电鳗一样的通讯工具？于是，他转专业去学了医，坚定地研究脑电问题。

　　1929年5月，决定脑电图重要性的首期出版物《人类脑电图的使用》问世，并发表于《精神病学档案》。如图，1929年最早报道的脑电图波形，可以看出有很强的周期性阿尔法波成分。

　　正是基于这第一块拼图，1938年，美国神经学家赫伯特·贾斯珀在寄给汉斯·贝格尔的圣诞贺卡中，畅想了从脑电波中解码出语言的可能性，这被认为是对脑机接口的早期科幻描绘。

　　跨越百年，该想法于2021年实现了。2021年5月，美国斯坦福大学的研究人员通过植入电极采集大脑运动皮层的神经活动、使用递归神经网络算法解码出“手写”笔迹，将患者大脑中的意念快速转换为计算机屏幕上的文本。

　　再看第二块拼图。世界上第一台通用计算机“ENIAC”于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生。在随后的数十年中，计算机科学不断进步，并为数字信号处理与人工智能的发展提供了基础。

　　第三块拼图是神经科学技术。1969年，德国教授埃伯哈德·埃里希·费兹利用操作性条件反射原理，验证了灵长类动物运动皮质中单个神经元的活动能对控制模拟仪表指针产生条件反射，这是在脑机接口概念形成之前就实现了最早的脑机接口实践。

　　各学科互相影响与进步，历史的巨轮来到了1973年，雅克·维达尔提出了脑机接口的概念与设想，即BRAIN-COMPUTER INTERFACE （BCI） 。我很佩服他，那时计算机才刚从一层楼变到一个冰箱那么大，连通用键盘和鼠标都还没有，他就在想，人脑怎么跟计算机通讯？

　　此后二十年，这个领域几乎没有任何进展，到了90年代，世界上有5个独立小组重新发明了脑机接口。1999年，首届国际脑机接口会议在十几个相近概念中确认“BCI”为特定专业词汇，并确认了其科学定义和评价标准。

　　人们大概会认为，如果没有脑机接口，霍金这样的人生存不了，我们这些人还能正常生存。但不是这样的，未来如果没有脑机接口，我们也生存不了——因为计算机不带我们“玩”了。

　　脑机接口的第一个价值是医学价值，人类面临的所有神经系统的疾病，都可以用脑机接术来解决，比如耳聋、肌萎缩侧索硬化症、癫痫、帕金森、脊髓损伤等。

　　2018年，我们曾为渐冻症患者王甲设计一套中文输入的视觉脑机接口系统。后来，王甲在央视的挑战不可能节目中，成功地完成诗句朗诵的挑战任务，往脑机接术实用化迈进了一大步。

　　第一次在王甲家里给他装上脑机接口时，他打出的第一句话让我非常感动，他说：“我是身体上的弱者，但我是精神上的强者”。我们还曾在天坛医院给一个中风后无法说话的老先生装上脑机接口，他说的第一句话是感谢儿子。老先生已经不能说话了，但他只要有输出的机会，他就会去表达自己的内心。儿子几年来一直陪在他身边，看到这句话，眼泪哗就流出来了。

　　脑机接口怎么通过智能增强 （Intelligence Augmentation，IA） 造超人？比如，它可以让人的某一项技能提高数倍，如果你平时一秒钟看一张图，戴上脑机接口后，一秒钟可以看十张图，如果用来做医学图像诊断，原来看一个病人的时间可以看十个病人。

　　马斯克最初切入脑机接口时，就是想做能够和AI交流的超人，这就属于能力增强范围。人与人沟通的信息传输率大概是100比特/秒，但机器和机器的信息传输率要大多了，光纤能达到10G，WiFi也达到100M，未来的多智能体社会就会产生交流鸿沟。马斯克就想，在大脑装一个第三皮层，直接解读我们的思维与AI交流。

　　身份认证也是脑机接口一个很重要的功能。在未来网络社会，特别是有了元宇宙后，人们不能面对面交流时，怎么确认谁是谁？现在所有的身份认证都基于物理特征，这都是容易伪造的，但基于大脑的脑纹认证理论上是不可伪造的。

　　再如，咱们都知道图灵测试，图灵提出了一种测试机器是不是具备人类智能的方法：如果一台电脑表现 （act） 、反应 （react） 和互相作用 （interact） 都和有智能的个体一样，人无法区分，那么它就应该被认为是具有智能的机器。ChatGPT出来后，这个问题可以认为已经解决了，而且机器产生的东西比人快得多。

　　紧接着就会碰到一个问题，我把它叫逆图灵测试：人和机器分别发出一个信息，然后机器要去判断，信息是人给的还是机器给的。如果你发出指令后，机器无法区分指令由你还是由机器发出，这就乱套了。例如，如果你养了宠物，它不认识你，你还会养吗？所以，逆图灵测试就是一定要让机器知道主人是谁，如果机器没有主人，就一定要强制地“关掉”它。所以，脑机接口是未来的核心科技，没有它就无法实现逆图灵测试。

　　我们再回顾一下脑机接口的发展进程。从发现脑电波到1973年前，基本上是科幻阶段；1998-2016年，是科学论证阶段；2016年至今，是技术爆发期。

　　1992年，Erich E. Sutter开发了一种基于伪随机序列调制的视觉诱发电位 （SSVEP） 的脑响应接口，该系统利用视觉诱发电位可在一个8×8视觉键盘上识别用户注视的方向；1995年，Grant R. McMillan等人通过生物反馈使受试者学会增加或减少SSVEP的幅度，并将其用于控制一个简单飞行模拟器侧倾运动。

　　1999年，Birbaumer 等利用慢皮层电位 （slow cortical potentials，SCPs） 幅度变化控制光标一维运动，实现了名为思维翻译器 （thought translation device，TTD） 的文字拼写脑机接口。这是第一次在病人身上做脑机接口实验，病人打出了一条完整的信息。

　　为什么我们能在1999年发表脑机接口文章？我们曾在1995年接过一个项目：航天员上天之前，都需要进行太空环境适应训练，训练最多的是离心机。因为离心机高强度的重力加速度刺激环境，在训练中人常常会来不及喊停便陷入眩晕。我们就负责在离心机实验环境中，检测受训人的大脑意识状态，通过脑机接口系统分辨受训人是否清醒，从而控制离心机，这也是中国第一个脑机接口实验。

　　第一个把脑机接口往人脑放置电极的人，是PK，他是脑机接口的功臣，大家要感谢他。他曾把电极植入自己大脑的语言区，希望能用计算机说话，但植入几个月后，他不会说话了，赶紧让同事帮他取出电极，但已经拿不出来了，长在脑袋里了。现在他已痴呆了，电极还在他的脑子里，而且至今仍能看到神经发放。出事故后，他没声张，否则脑机接口要很多年——后来的很多工作都不能做了，因为第一个就出事了。直到后来其他人做成了以后，他才把这个“失误”对外公布。

　　2014年，巴西世界杯开幕战上，截瘫青年诺·平托身披“机械战甲”开出第一脚球，向世界展示了脑机接口的价值。

　　2015年，华南理工大学李远清团队通过人脑与电脑的沟通，发现大概10%的植物人是有一定程度的思维活动。

　　2016年，在天宫二号和神舟十一号载人飞行中，天津大学明东团队与中国航天员中心合作完类首次太空脑—机交互实验，实现了静默的交流。

　　2019年，加州大学旧金山分校团队将受试者说话时同步记录的ECoG信号解码为发声器官的不同活动形式，根据发声器官状况和发出声音之间的关系再实现了语音的合成，即便是在受试者“默读”的情况下也能够实现语音的合成。

　　2023年，瑞士洛桑联邦理工学院团队发表了一种脑—脊髓接口 （BSI） ，由一个植入的记录和刺激系统组成，能让大脑和参与行走的脊髓区域连接起来。

　　2019年7。