腦機(jī)接口(BCI)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化：BCI系統(tǒng)的必要組件、基本特征和功效邊界——銷售和購買名副其實(shí)的BCI產(chǎn)品

01

報告背景與核心問題

（一）背景

BCI研究已歷經(jīng)50余年，Wolpaw等人（2012）提出的定義獲專業(yè)界共識，但當(dāng)前存在術(shù)語失范、認(rèn)知偏差、傳播誤導(dǎo)等問題，部分群體為名利炒作BCI，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化出現(xiàn)泡沫風(fēng)險，亟需規(guī)范術(shù)語、科學(xué)認(rèn)知、理性傳播，推動生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

（二）核心問題

1. 與大腦相關(guān)的技術(shù)、腦成像設(shè)備、神經(jīng)調(diào)控技術(shù)是否均為BCI？

2. BCI的必要組件、基本特征、科學(xué)定義與明確范疇是什么？

3. BCI是否有能力邊界？限制因素有哪些？能否夸大其能力？

02

BCI的必要組件（7個必要+6個支撐性）

（一）必要組件

1. 用戶及其大腦：核心輸入與評估對象，在閉環(huán)交互回路中，系統(tǒng)設(shè)計需遵循人機(jī)交互原則。

2. BCI范式與神經(jīng)編碼模塊：核心科學(xué)原理，含言語想象、認(rèn)知等新興范式及多種編碼模型。

3. 腦信號采集模塊：硬件/傳感器，需保證信號質(zhì)量、安全性與舒適性。

4. 在線實(shí)時意圖解碼模塊：核心功能，含預(yù)處理、特征提取、解碼算法，需滿足實(shí)時性與自適應(yīng)要求。

5. 輸出映射與外設(shè)控制模塊：實(shí)現(xiàn)意圖到控制信號的四級映射，支持人機(jī)共享控制。

6. 通信與控制外設(shè)：含物理設(shè)備、虛擬對象等，需具備一定自主性與智能性。

7. 感覺反饋結(jié)合神經(jīng)反饋模塊：必備感覺反饋，推薦神經(jīng)反饋，助力閉環(huán)調(diào)節(jié)與用戶學(xué)習(xí)。

表2-1 BCI系統(tǒng)的7個必要組件

（二）支撐性子模塊

表2-2 BCI系統(tǒng)的支撐性子模塊

03

BCI的基本特征（7個）

1. 與外設(shè)的交流與控制能力：需建立用戶與外設(shè)的交互通路，區(qū)別于僅神經(jīng)監(jiān)測或僅按預(yù)設(shè)參數(shù)的神經(jīng)調(diào)控。

2. 基于腦信號的交互：以腦信號為主要輸入源，非腦信號單獨(dú)無法構(gòu)成BCI。

3. 獨(dú)立于外周神經(jīng)或肌肉：直接通過腦信號解碼意圖，可繞過受損外周神經(jīng)或肌肉。

4. 用戶主動意圖驅(qū)動：核心為主動控制型，被動監(jiān)測型存在學(xué)界爭議。

5. 實(shí)時解碼用戶意圖：離線分析不構(gòu)成完整BCI，實(shí)時性要求因應(yīng)用場景而異。

6. 閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)：必備感覺反饋，神經(jīng)反饋可提升性能。

7. 用戶及大腦處于交互核心：系統(tǒng)設(shè)計與評價需以用戶為中心，涵蓋多維度評估。

表3-1 BCI系統(tǒng)的7個基本特征

04

BCI的科學(xué)定義與明確范疇

（一）科學(xué)定義

Wolpaw等人在2012年正式確定的BCI定義為：BCI是一種記錄中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）活動并將其轉(zhuǎn)換為人工輸出的系統(tǒng)，可以替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充或改善CNS的自然輸出，如表1所示；因此，它改變了CNS與身體其他部位或外部世界的交互方式。

表4-1 BCI潛在功效和簡要說明

在上述基礎(chǔ)上，我們給出的BCI科學(xué)定義：BCI是一類以用戶及其大腦為核心，不依賴外周神經(jīng)或肌肉活動，通過采集腦信號并在特定范式下進(jìn)行神經(jīng)編碼，經(jīng)實(shí)時意圖解碼后將其映射為通信或?qū)ν庠O(shè)的控制指令，并借助感覺反饋或神經(jīng)反饋構(gòu)成閉環(huán)的人機(jī)交互系統(tǒng)。

圖4.1 BCI科學(xué)定義示意圖

其基本特征包括：能夠?qū)崿F(xiàn)與外設(shè)的交流與控制，用戶以主動意圖驅(qū)動并可實(shí)時解碼其意圖，以及基于閉環(huán)反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)等，使用戶能夠以中樞神經(jīng)活動作為主要輸入方式與外界進(jìn)行通信和操作。

（二）明確范疇

1. 屬于BCI的系統(tǒng)：運(yùn)動想象控制假肢/外骨骼、P300/SSVEP拼寫器、侵入式皮層電極控制系統(tǒng)、BCI-FES康復(fù)系統(tǒng)、腦信號為主的混合BCI。

2. 不屬于BCI的系統(tǒng)：離線腦電/影像診斷分析、僅基于肌電/眼電的控制系統(tǒng)、單純腦刺激設(shè)備、腦活動可視化工具。

3. 爭議/模糊地帶：被動BCI、混合BCI、腦—腦接口、狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)、無解碼輸出的神經(jīng)刺激+采集設(shè)備。

表4-2 明確屬于BCI的系統(tǒng)

表4-3 明確不屬于BCI的系統(tǒng)

表4-4 存在爭議或模糊的地帶

05

BCI的能力邊界與受限因素

（一）核心受限因素

1. 解碼用戶意圖的數(shù)量受限于既定的BCI范式；

2. 識別用戶意圖的精度和穩(wěn)定性受限于神經(jīng)編碼模型的精度；

3. 識別用戶意圖的精度受限于解碼算法的能力上限；

4. 識別用戶意圖的精度和穩(wěn)定性受限于所采集的腦信號質(zhì)量；

5. 用戶大腦狀態(tài)的動態(tài)變化以及自適應(yīng)性與可塑性；

6. BCI系統(tǒng)缺乏精確或近似的數(shù)學(xué)模型；

7. 實(shí)時性與計算復(fù)雜度的限制；

8. 用戶學(xué)習(xí)能力與適應(yīng)性差異；

9. 倫理、安全與社會可接受性約束。

表5-1 BCI能力受限因素

（二）典型范式能力邊界

1. 言語BCI：僅能識別有限詞匯/字母，解碼速度慢；

2. 腦脊髓接口：多限于下肢/單關(guān)節(jié)控制，侵入性風(fēng)險高；

3. 情感BCI：僅識別基礎(chǔ)情緒，個體差異大；

4. 手寫想象BCI：精度有限，連續(xù)寫作速度慢。

注：宣稱BCI“讀腦/讀心”“寫腦”“控腦”均為誤導(dǎo)性宣傳。

表5-2 新型BCI范式的能力邊界

06

BCI產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化現(xiàn)狀與建議

（一）現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化需產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)同，依賴技術(shù)進(jìn)步、政策支持與市場需求。目前主流BCI范式技術(shù)成熟度多處于TRL4-6階段，缺乏穩(wěn)定應(yīng)用；存在概念混淆、過度承諾等問題，部分企業(yè)將肌電系統(tǒng)偽稱為BCI。非侵入式領(lǐng)域已有突破，如韶腦科技“腦電采集康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備”獲批醫(yī)療器械注冊證。

（二）建議

1. 規(guī)范術(shù)語使用，建立統(tǒng)一評價體系與倫理治理框架；

2. 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，提升信號采集、解碼算法與建模能力；

3. 遵循實(shí)證導(dǎo)向，避免范疇泛化與能力夸大；

4. 推動多元治理，兼顧技術(shù)創(chuàng)新與用戶安全、隱私保護(hù)。

報告人信息

伏云發(fā)，昆明理工大學(xué)教授、博導(dǎo)，2012年博士畢業(yè)于中國科學(xué)院研究生院、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，獲工學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為昆明理工大學(xué)腦認(rèn)知與腦機(jī)智能融合創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人。為中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會腦機(jī)接口與康復(fù)專業(yè)委員會第一屆委員會常務(wù)委員，中國人工智能學(xué)會腦機(jī)融合與生物機(jī)器智能專業(yè)委員會第三屆委員，中國認(rèn)知科學(xué)學(xué)會計算神經(jīng)工程專委會委員，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會資深專家，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟科普與科技倫理工作組副主席，從事腦機(jī)接口17余年，主要研究興趣為腦機(jī)接口與神經(jīng)反饋及應(yīng)用。

僅用于學(xué)術(shù)分享，若侵權(quán)請留言，即時刪侵！

歡迎加入腦機(jī)接口AI星球

獲取更多腦機(jī)接口+AI等領(lǐng)域的知識和資源。

歡迎來稿

1.歡迎來稿。投稿咨詢，請聯(lián)系微信：RoseBCI

點(diǎn)擊投稿：

2.加入社區(qū)成為兼職創(chuàng)作者，請聯(lián)系微信：RoseBCI

一鍵三連「分享」、「點(diǎn)贊」和「在看」

不錯過每一條腦機(jī)前沿進(jìn)展