【摘要】腦機接口作為拓展人腦疆界的前沿技術和人機交互的終極目標，已引起學界與產業(yè)界的廣泛關注。然而，學界迄今未能就腦機接口的定義達成共識。美國學界在定義腦機接口時強調實時信號處理與雙向調控，而且監(jiān)測的對象并不局限于大腦。中國學界對腦機接口的定義則顯得比較保守，雖然強調雙向信息交互，但定義主要針對“腦控”型，而非“控腦”型。各國有必要堅持人類命運共同體理念和“科技向善”的價值導向，始終以使用者的福祉為重，對腦機接口的概念內涵與研究邊界進行持續(xù)的反思與協(xié)商，以盡快形成國際公認的腦機接口階段性統(tǒng)一定義。此外，對腦機接口的解釋，既不能過度泛化，也不能過度窄化。
【關鍵詞】腦機接口定義 概念演變 腦-計算機接口 腦-機器接口 人機交互
【中圖分類號】G31 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2025.15.006
【作者簡介】周程，北京大學哲學系教授、博導，國務院學位委員會第八屆學科評議組成員（科學技術史），全國應用倫理專業(yè)學位研究生教育指導委員會委員。研究方向為科學社會史、科技倫理治理、創(chuàng)新管理與科技政策，主要著作有《科技創(chuàng)新典型案例分析》《中國航天事業(yè)發(fā)展的哲學思想》等。
引言
習近平總書記指出，“‘十五五’時期，必須把因地制宜發(fā)展新質生產力擺在更加突出的戰(zhàn)略位置”。當前，腦機接口創(chuàng)新成果持續(xù)涌現(xiàn)，產業(yè)加速壯大，正孕育顛覆性突破，已成為科技創(chuàng)新和產業(yè)創(chuàng)新深度融合的重要領域。與用于拓展人類肢體能力的蒸汽機、電動機和拓展人類思維能力的計算機、人工智能體不同，腦機接口作為“拓展人腦疆界的革命性技術”，[1]有望為人類突破生理限制提供全新的維度。其對人類生理限制和認知邊界的拓展不可避免地會引發(fā)一場人機交互革命，盡管指向人機交互終極目標的這場革命才剛剛起步，但已展現(xiàn)出了異常強勁的發(fā)展勢頭。
基于英文學術數(shù)據(jù)庫“Web of Science Core Collection”對腦機接口領域的文獻數(shù)據(jù)進行定量分析后發(fā)現(xiàn)，進入21世紀后，全球腦機接口領域的論文發(fā)表數(shù)量出現(xiàn)快速增長趨勢。從圖1中可以看出，不僅中國近十年的腦機接口論文發(fā)表數(shù)量增幅遠高于美國，而且中國近五年的腦機接口論文發(fā)表數(shù)量均明顯超出美國。值得關注的是，中國2024年的腦機接口論文發(fā)表數(shù)量達到美國的三倍，且超過全球總量的三分之一。
腦機接口不僅在學術界，在社會上也產生廣泛的影響。例如，2025年1月，北京市科學技術委員會等三部門聯(lián)合制定《加快北京市腦機接口創(chuàng)新發(fā)展行動方案（2025-2030年）》，提出“積極融入人工智能領域的前沿技術，加快腦機接口創(chuàng)新發(fā)展”；2025年1月，上海市科學技術委員會印發(fā)《上海市腦機接口未來產業(yè)培育行動方案（2025-2030年）》，提出“推動腦機接口與具身智能等人工智能前沿技術的融合，加快侵入式、半侵入式腦機接口技術與產品的落地應用”；2025年7月，工業(yè)和信息化部等七部門聯(lián)合發(fā)布《關于推動腦機接口產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，指出要“推動腦機接口產業(yè)高質量發(fā)展，加快形成新質生產力，高水平賦能新型工業(yè)化，有力支撐現(xiàn)代化產業(yè)體系建設”；等等。簡言之，腦機接口已成為眾多學者、企業(yè)乃至政府奮力搶占的科技制高點之一。
然而，究竟什么是腦機接口？其包括哪些關鍵環(huán)節(jié)和核心要素？對此，很多人未必能給出清晰而又準確的回答，以致不少人士包括部分政策制定者和媒體工作者，至今對腦機接口存在一定誤解。這不僅會造成社會對腦機接口的推廣應用產生過高的，甚至是不切實際的期待；而且會為一些人跟風炒作、蹭政策熱點、給非腦機接口系統(tǒng)貼上腦機接口標簽打開方便之門；還可能導致夸大隱私泄露風險，引發(fā)倫理治理爭議，誤導科技政策制定等不良后果。
“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”的提出
當我們審視“腦機接口”這個精妙的中文譯名時，會發(fā)現(xiàn)其有兩個出處，一是“Brain Computer Interface”（BCI），二是“Brain Machine Interface”（BMI）。前者指的是腦與計算機之間的界面，后者指的是腦與機器之間的界面。盡管在英文中，二者最初的含義不完全等同；但在中文里，二者統(tǒng)一譯作“腦機接口”，既包括腦與計算機的接口，又包括腦與機器的接口。
“腦-計算機接口”（Brain Computer Interface）這一術語最早出現(xiàn)在美國計算機科學家雅克·維達爾1973年發(fā)表的一篇題為《走向腦與計算機的直接交流》的論文中。維達爾在這篇論文中對置于頭皮上的電極可以檢測到人腦中的誘發(fā)反應電信號這一事實進行了探討，并追問道：“這些可觀測到的腦電信號能否作為人與計算機交流的信息載體，或用于控制假體裝置或宇宙飛船之類外部設備？”為此，維達爾啟動了“腦-計算機接口項目”，成立了“腦-計算機接口實驗室”，搭建了“腦-計算機接口系統(tǒng)”，旨在評估“人機對話”（man-computer dialogue）中利用腦電信號的可行性與實用性，同時開發(fā)一種可用于研究神經電生理現(xiàn)象的新工具。[2]
在維達爾1973年的文章中，“腦-計算機接口”這一術語先后出現(xiàn)7次。其中，有3次是以“腦-計算機接口項目”形式出現(xiàn)的，2次是以“腦-計算機接口實驗室”形式出現(xiàn)的，1次是以“腦-計算機接口系統(tǒng)”形式出現(xiàn)的，單獨以“腦-計算機接口”形式在圖中出現(xiàn)的有1次。盡管維達爾并沒有在文章中給出“腦-計算機接口”的定義，但從他將腦與計算機的直接交流視作“人機交流”（man-machine communication）的終極目標來看，維達爾眼中的“腦-計算機接口”是將腦電信號直接轉換成計算機可識別信號的裝置。由于當時最好的腦電圖設備都無法有效抑制環(huán)境噪聲的干擾，最好的計算機裝置也都無法滿足龐大腦電數(shù)據(jù)的存儲需求，因此這一時期的“腦-計算機接口”仍處于概念設計階段。
“腦-機器接口”（Brain Machine Interface）這一術語早在1985年就出現(xiàn)在美國精神病學家安東尼·約瑟夫發(fā)表的一篇論文的題目之中。在這篇題為《腦-機器接口的設計考慮因素》的論文中，約瑟夫介紹了一種將假體裝置植入人腦以補充人腦功能的創(chuàng)新療法。他認為要推廣這種療法，需要有將假體與中樞神經系統(tǒng)有效連接起來的“腦-機器接口”，因此有必要特別關注這類接口的設計要求。約瑟夫提出，假體通過“腦-機器接口”刺激靶向神經元群的方法，可以是電刺激，也可以是電化學刺激或電光刺激；盡管假體難以精確模擬生理刺激，但精確度比理想技術差很多數(shù)量級的設備仍能幫助神經受損的患者。[3]
約瑟夫這一觀點并非毫無根據(jù)。實際上，早在二十世紀五、六十年代，神經生理學家就開始嘗試將物理裝置連接到非人靈長類動物或其他動物的神經系統(tǒng)，以記錄其腦活動，推測其腦功能，或用電刺激調整其腦功能，甚至用電刺激治療有意識的患者的神經系統(tǒng)疾病。[4]這些研究、特別是電刺激研究無疑為約瑟夫探討通過“腦-機器接口”輸入信號來改變腦功能所應具備的條件提供了重要的參考。
綜上所述，維達爾的“腦-計算機接口”與約瑟夫的“腦-機器接口”的含義不完全相同，前者旨在用腦調控計算機，后者旨在用機器裝置調控腦。換言之，前者是“腦控”型，后者則是“控腦”型。維達爾是計算機科學專家，他大膽提出用腦電信號直接操控計算機的設想，這不難理解。約瑟夫是精神病學家，他提出借助“腦-機器接口”用電或電化學等方式刺激中樞神經系統(tǒng)神經元群的設想，同樣順理成章。
盡管維達爾和約瑟夫提出的“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”在信息的傳遞方向上存在差異，但二者都強調，此類裝置需跨越外周神經系統(tǒng)和肌肉實現(xiàn)腦與外部設備之間的直接信息交流。這一點非常重要，并對20世紀90年代后的“腦機接口”概念的形成產生了深刻的影響。但在當時，無論是維達爾的“腦-計算機接口”，還是約瑟夫的“腦-機器接口”，都沒有引起廣泛關注，更未獲得廣泛認同。
“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”的融合
由于將電極置于頭皮之上采集腦電信號存在空間分辨率低和信噪比低等不足，因此一些研究團隊開始嘗試將電極植入顱內以獲取分辨率更高、強度更大的腦電信號。即便如此，利用腦電信號開展腦科學研究仍面臨很多局限。日本科學家小川誠二1990年根據(jù)腦功能活動區(qū)域氧合血紅蛋白含量的增加會導致磁共振信號增強的原理，在貝爾實驗室首次獲得人腦的功能性磁共振圖像，進而發(fā)明功能性磁共振成像（fMRI）技術。因這項技術可以顯示腦功能活動區(qū)域的高分辨率圖像，故一經問世就被快速應用于腦科學研究領域。1995年后，從事腦機接口研究的學者數(shù)量迅速增加。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，這一年，全球從事腦機接口研究的團隊尚不足6個，但到1999年從事腦機接口研究的團隊多達20余個。[5]
為了促進腦機接口研究，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）下屬國立兒童健康與人類發(fā)展研究所的醫(yī)療康復研究中心于1999年在紐約組織召開了首屆國際“腦-計算機接口”技術會議，來自美國、加拿大、英國、德國、奧地利和意大利的50余名科學家和工程師參加了此次會議。經過為期三天的討論，與會專家深化了對“腦-計算機接口”的認識，并就“腦-計算機接口”定義達成了共識。美國學者喬納森·沃爾帕在關于此次會議的綜述中寫道：“腦-計算機接口是一種不依賴于腦的正常外周神經和肌肉輸出途徑的交流與控制通道。目前，腦機接口研究與開發(fā)的主要驅動力在于，人們期待腦機接口技術能為那些因神經肌肉嚴重損傷而無法使用傳統(tǒng)輔助交流方式的患者帶來價值。”“與任何交流和控制系統(tǒng)類似，腦-計算機接口包含輸入、輸出和可將前者轉換為后者的翻譯算法。腦-計算機接口的輸入由腦活動的一個或多個特定特征以及用于測量該特征的方法組成。”“每個腦-計算機接口都使用特定的算法將其輸入（如其選定的腦電圖特征）轉換為輸出控制信號。該算法可能包括線性或非線性方程、神經網絡或其他方法，并能通過持續(xù)調整關鍵參數(shù)來適應用戶提供的輸入的關鍵特征。腦-計算機接口的輸出可以是光標移動、字母或圖標選擇或其他形式的設備控制，并給用戶和腦-計算機接口提供可用于適應的反饋，以優(yōu)化交流。”[6]
不難看出，這次會議采用了“腦-計算機接口”，而不是“腦-機器接口”的表述方式。在信息傳輸方向上，著重強調了由輸入到輸出，亦即由腦向外部設備輸出信息的方向特征，同時又指出外部設備有必要給用戶和腦機接口提供信息反饋。這可以說已初步統(tǒng)合了維達爾的腦控主張和約瑟夫的控腦主張。維達爾將腦與計算機的直接交流視作人機交流的終極目標，由于在可預見的未來實現(xiàn)這一目標不具有可行性，因此首屆國際“腦-計算機接口”技術會議認為應將在醫(yī)療與康復領域的應用設定為“腦-計算機接口”近期研究的主要目標。這顯然更加接近約瑟夫的立場。此次學術會議由美國國立衛(wèi)生研究院下屬機構組織召開，形成這一共識并不令人感到意外。
雖然參加首屆國際“腦-計算機接口”技術會議的學者對“腦-計算機接口”的內涵作出了明確的界定，并一致主張采納“腦-計算機接口”的表述方式，但部分學者此后仍堅持使用“腦-機器接口”這一術語。這從美國神經科學家約翰·多諾霍2002年的一篇綜述中可以看得非常清楚。[7]多諾霍在這篇題為《大腦皮層與機器的連接：腦接口領域的最新進展》的文章第一段寫道：“腦-機器接口（一個既有概念）的創(chuàng)建近期再次引起廣泛關注……‘腦-機器接口’‘腦-計算機接口’‘神經假體’和‘神經機器人’等術語正廣泛出現(xiàn)在學術論文與大眾媒體之中。”很明顯，多諾霍完全知曉“腦-計算機接口”這一術語當時已流行甚廣，但他仍不肯放棄使用“腦-機器接口”這一術語。多諾霍把“腦-機器接口”區(qū)分成輸出型和輸入型兩大類，認為用戶不僅可以通過輸出型“腦-機器接口”驅動計算機或機器人假肢等外部設備，甚至是癱瘓肢體，還可以經由輸入型“腦-機器接口”對人腦進行局部電刺激以產生感覺，如知覺或視覺等。由此可見，在多諾霍看來，計算機和機器人假肢都屬于機器的子集，機器既包含機器人假肢，也包含計算機。換言之，“腦-機器接口”不僅是一個“既有概念”，而且是一個包含“腦-計算機接口”在內的外延更廣的概念。
不過，也有一些學者把“腦-機器接口”和“腦-計算機接口”視作完全可以互換使用的兩種表述。例如，美國杜克大學的兩位學者在2006年合作發(fā)表的《腦-機器接口：過去、現(xiàn)在與未來》一文中，就沒有對兩者進行嚴格的區(qū)分。[8]
21世紀初期，學者們要么不加區(qū)分地使用“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”，要么嚴格區(qū)分這兩種表述的用法。面對這種混亂局面，在2013年召開的第五屆國際“腦-計算機接口”會議上，與會者認定“腦-計算機接口”也稱作“腦-機器接口”，二者擁有相同的含義，可以互換使用。[9]美國華盛頓大學西雅圖分校學者拉杰什·拉奧2013年出版《腦機接口導論》時也指出，“腦-計算機接口”亦即“腦-機器接口”。[10]這是一部介紹腦機接口的入門書籍，對社會影響甚大。自此之后，一些人就不再有意識地區(qū)別使用“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”，亦即兩者都可以直接翻譯成“腦機接口”。雖說兩者的含義已不再有差異，但與“腦-機器接口”相比，人們近年來更偏愛使用“腦-計算機接口”這一表述形式。
盡管當今學界已不再有意識地區(qū)別使用“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”，但隨著腦機接口研究的深入，越來越多的人意識到像腦電帽這樣的非侵入式腦機接口與將電極植入顱內的侵入式腦機接口存在很大差別，從安全監(jiān)管與倫理治理的角度出發(fā)，最好不要將二者籠統(tǒng)地稱為腦機接口。于是，有學者提出，在缺乏更好的術語替代方案的情況下，應恢復對“腦-計算機接口”與“腦-機器接口”的使用區(qū)分，建議將非侵入式腦機接口稱作“腦-計算機接口”，將侵入式腦機接口稱作“腦-機器接口”，以提醒大眾和監(jiān)管者注意技術的不同風險等級。[11]不過，這一主張于2024年提出，是否能獲得學界的認同，尚需接受時間的檢驗。
腦機接口定義在美國的新變化
雖然在“腦-計算機接口”這一術語誕生40年后，美國學者已不必再為選用“腦-計算機接口”還是“腦-機器接口”表述而苦惱，但是人們對“腦機接口”概念的理解仍然存在分歧。例如，美國學者喬納森·沃爾帕和伊麗莎白·沃爾帕在2012年出版的《腦機接口：原理與實踐》[12]一書中，基于過去十年間多篇綜述中的討論明確給出腦機接口定義：“腦機接口為中樞神經系統(tǒng)提供新的輸出，這種輸出既非神經肌肉型也非激素型。腦機接口是一種測量中樞神經系統(tǒng)活動并將其轉化為人工輸出的系統(tǒng)，該人工輸出可替代、恢復、增強、補充或改善中樞神經系統(tǒng)的自然輸出，從而改變中樞神經系統(tǒng)與其外部或內部環(huán)境之間的持續(xù)交互。”
首先，這一定義拓寬了腦機接口的信息采集范圍。“中樞神經系統(tǒng)”由腦和脊髓組成，腦又包括大腦（cerebrum）、間腦（diencephalon）、腦干（brainstem）和小腦（cerebellum）。據(jù)此定義，腦機接口并不一定與腦本身相連，脊髓與外部設備之間的溝通設備依然可以納入腦機接口研究領域。其次，這一定義揭示了腦機接口輸出的五種應用可能。舉例來講，失去肢體控制能力的患者可通過腦機接口控制電動輪椅，即腦機接口輸出可“替代”患者的自然輸出；因多發(fā)性硬化癥導致膀胱功能喪失的患者可通過腦機接口刺激膀胱周圍的神經，從而實現(xiàn)排尿功能，此類腦機接口輸出可“恢復”患者的自然輸出；用戶可以利用腦機接口對自己的注意力進行監(jiān)測，并適時用聲音提醒自己集中注意力，即腦機接口輸出可“增強”用戶的自然輸出；用戶可以通過腦機接口操控“第三只手”輔助工作，即腦機接口輸出可“補充”神經肌肉的自然輸出；利用腦機接口對中風患者受損腦區(qū)的信息進行提取與解讀，并借此控制假肢或刺激肌肉使手臂運動更加正常，此類腦機接口輸出可“改善”大腦對肢體的操控。最后，這一定義還提及“中樞神經系統(tǒng)與其外部或內部環(huán)境之間的持續(xù)交互”問題。作者在書中解釋道，“這些交互包括其對環(huán)境的運動輸出以及從環(huán)境接收的感覺輸入。腦機接口通過測量中樞神經系統(tǒng)活動并將其轉換為影響環(huán)境的人工輸出，不僅改變了中樞神經系統(tǒng)的輸出，還改變了來自環(huán)境的感覺輸入。這些感覺輸入的變化通常稱作反饋”。很明顯，作者接受了多諾霍的觀點，認為就信息輸出方向而言，腦機接口存在輸出型和輸入型兩大類。
值得注意的是，兩位美國學者喬納森·沃爾帕與瓊·哈金斯聯(lián)名在給第五屆國際“腦-計算機接口”會議論文集寫“前言”時，將腦機接口的定義修改為“把腦活動轉化為新的輸出，以替代、恢復、增強、補充或改善腦自然輸出”。[13]在此定義中，其仍然認為腦機接口輸出存在五種應用可能，但卻用“腦”替換了“中樞神經”。也就是說，腦機接口的信息采集區(qū)域已不再包括脊髓。
2013年4月，美國政府宣布啟動“腦計劃”（BRAIN Initiative）。美國國立衛(wèi)生研究院隨即成立專項工作組。該工作組與科學界協(xié)商后，于2014年6月向美國國立衛(wèi)生研究院咨詢委員會提交了一份實施方案建議報告。這份對美國的腦科學研究產生重大影響的報告附錄了一篇題為《腦計劃將如何推進臨床研究》的子報告。在這篇子報告中，腦機接口被定義為：“腦機接口是一種技術手段，旨在為因創(chuàng)傷或中風導致癱瘓的患者恢復對外部設備的主觀意圖控制。”這一定義明顯將健康個體排除至腦機接口應用對象之外。在此定義之后，還有這樣的一段解釋：“腦機接口的目標是：（a）通過記錄植入腦中的微電極信號來捕捉主觀意圖，（b）將代表意圖的‘神經編碼’轉化為特定的命令信號，以及（c）將該命令與諸如機械臂、計算機之類輔助設備，或與被直接植入外周神經的電極耦合。”[14]可見，美國國立衛(wèi)生研究院當時關心的是將電極植入顱內的侵入式腦機接口，至于將電極置于頭皮之上的非侵入式腦機接口并不在其資助對象范圍內。此外，這份子報告還進一步擴大了腦機接口信號的輸出范圍，未來，輸出不僅可以針對計算機、機械臂等外部設備，還可以針對特定區(qū)域的外周神經。這意味著腦-脊接口和腦-肌接口也都可以視作腦機接口。
“腦計劃”的另一家實施單位是美國國防部高級研究計劃局（DARPA）。在“腦計劃”啟動之前，美國國防部高級研究計劃局已在腦科學領域布局了一批研究專項，其中不少專項與腦機接口關聯(lián)甚密，只是沒有以腦機接口命名。例如，“人類輔助神經設備”（HAND）專項、“革命性假體”（Revolutionizing Prosthetics）專項、“重建記憶編碼的集成神經器件”（REMIND）專項、“可靠神經接口技術”（RE-NET）專項，“加速學習”（Accelerated Learning Program）專項、“認知技術威脅告警系統(tǒng)”（CT2WS）專項、“神經功能、活動、結構與技術”（Neuro-FAST）專項等。[15]這些專項的主要目的是恢復神經或行為功能，或改善人類的訓練與表現(xiàn)。鑒于眾多研究顯示將侵入式腦機接口應用于健康個體仍有很長的一段路要走，所以美國國防部高級研究計劃局在推進“腦計劃”過程中，于2018年推出了“下一代非侵入式神經技術”（N3）專項。該專項旨在為健全的現(xiàn)役軍人開發(fā)能在大腦與機器之間實現(xiàn)高性能雙向通信的可穿戴設備，以高效控制無人機、無人車、主動網絡防御系統(tǒng)等，進而在復雜軍事任務中遂行多任務處理。[16]與其他專項不同，美國國防部高級研究計劃局在N3專項說明中使用了“腦機接口”這一術語。[17]顯然，在美國國防部高級研究計劃局主管看來，那些使用腦電圖、經顱電刺激等技術研制的非侵入式神經接口就是腦機接口的一種。如此一來，腦機接口的外延不僅由醫(yī)療領域延伸至軍事領域，還由侵入式延伸至非侵入式。
隨著“腦計劃”的推進，一批腦機接口設備由基礎研究階段邁入應用研究、乃至市場準入階段。為此，美國食品藥品監(jiān)督管理局（USFDA）于2021年出臺了一份指導文件：《用于癱瘓或截肢患者的植入式腦機接口設備——非臨床測試與臨床注意事項》。在這份針對安全風險比較大的侵入式腦機接口制定的文件中，有這樣的一段描述：“本指南文件中所指的植入式腦機接口設備，是指通過與中樞或外周神經系統(tǒng)接口，恢復癱瘓或截肢患者喪失的運動和／或感覺功能的神經假體裝置。”[18]在這個定義中，信號采集對象由中樞神經系統(tǒng)進一步延伸至外周神經系統(tǒng)，亦即與外周神經系統(tǒng)進行信息交互的設備，例如，肌-機接口或眼-機接口也被納入腦機接口研究領域。
學界和政府機構之間，政府機構與政府機構之間，對腦機接口理解不一，這很容易引起不必要的混亂。美國的腦機接口學術共同體意識到這一問題后，便開始嘗試尋找解決方案。2024年初，美國腦機接口協(xié)會成立了一個負責協(xié)調制定腦機接口定義的特別委員會。該委員會于當年2月向腦機接口領域的利益相關者發(fā)起了一項問卷調查。共有147名受訪者參與，其中94人為腦機接口協(xié)會會員。該問卷包含三個與定義的具體組成部分密切相關的多項選擇題：一是腦機接口定義是否應更加明確地將腦，而非整個中樞神經系統(tǒng)界定為接口目標？二是腦機接口定義是否應包含對系統(tǒng)調節(jié)或修改腦功能的描述，例如，是否僅限于采集和解碼腦信號？三是腦機接口定義是否應要求腦活動包含用戶當前的意圖信息？此外，該問卷還包含一個傾向采納哪一個修訂版定義的多項選擇題。
調查結果顯示，大多數(shù)受訪者認為：其一，只有腦才可以成為接口目標；其二，信息流動的方向可以是從腦到環(huán)境，從環(huán)境到腦，或兩者兼有；其三，使用腦機接口監(jiān)測腦活動時不一定要包含用戶意圖信息。
基于上述問卷調查，美國腦機接口協(xié)會于2024年5月投票確定了如下腦機接口工作定義：“腦機接口是一種能夠監(jiān)測腦活動并將其實時（或近乎實時）轉化為功能性輸出信號的系統(tǒng)，以替代、恢復、增強、補充和／或改善腦的自然輸出，從而改變腦與外部或內部環(huán)境之間的持續(xù)交互。該系統(tǒng)還可通過定向傳輸刺激來調節(jié)腦活動，從而為腦創(chuàng)建具有功能價值的信息輸入。”[19]
與其他定義不同，這一定義特別強調將所檢測到的腦活動信號實時或近乎實時地轉化為輸出信號問題。這意味著將采集到的腦電信號傳輸?shù)皆粕洗鎯Γ俳栌闷渌麢C構的算法模型進行解碼的系統(tǒng)不能算作腦機接口。而且，這一定義不認為與腦神經、外周神經或肌肉相連的接口屬于腦機接口，這意味著人工耳蝸、眼-機接口和肌-機接口也不能算作腦機接口。此外，腦機接口的目的在于改變腦與外部或內部環(huán)境之間的持續(xù)交互，即腦機接口不局限于向外部設備輸送信息，也可以向癱瘓的肢體神經輸送信息，還可以向腦神經元群反饋信息或者對腦進行定向刺激。
中國腦機接口主流定義的內涵與特點
中國學者在從事腦機接口的理論或應用研究時，大多未在文章中明確腦機接口的定義，即使有一些學者在文章中對腦機接口的含義進行了說明，也基本上為國外的某一篇文獻觀點的轉述，或多篇文獻觀點的綜述。例如，《腦機接口技術發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望》一文援引了多篇英文文獻，將腦機接口定義為：“‘腦機接口’（Brain Computer Interface, BCI；也稱Brain-Machine Interface, BMI），能夠繞過外周神經和肌肉直接在大腦與外部設備之間建立一種全新的通信與控制通道。它在運動障礙患者的康復以及從物理或認知層面增強人類工作能力等多個領域具有重要的潛在應用價值。”[20]
這個定義強調直接在“大腦”和“外部設備”之間建立通信與控制通道。大腦的外延小于腦，更小于中樞神經系統(tǒng)；外部設備包括計算機、機械臂等，但不含功能受損的脊椎、手臂和下肢。而且，這個定義沒有強調“交互”與“反饋”。顯然，這是狹義的腦機接口定義。根據(jù)這一定義，很多研究都得排除到腦機接口研究領域之外。
伏云發(fā)團隊曾對腦機接口定義問題進行過深入探討，并提出自己的獨特見解。該團隊2024年在題為《考量與討論：腦機接口的清晰定義和明確范疇》的英文述評中寫道：“基于現(xiàn)有腦機接口定義，本述評給出如下腦機接口定義：當用戶主動執(zhí)行特定的心理任務或接收特定的外部刺激時，由特定的傳感器技術獲取中樞神經系統(tǒng)（用戶的腦）產生的信號，把表征或編碼用戶意圖（特定心理任務或外部刺激）的腦信號特征直接轉化為與以計算機為核心的機器系統(tǒng)交互的通信和控制命令，并把交互的結果在線反饋（包括神經反饋）給用戶，以主動調節(jié)其心理活動策略，為用戶提供新型的人機交互方式。”[21]
2025年，伏云發(fā)團隊在《基于想象的腦機接口交互原理與實踐》一書中仍沿襲這一定義，[22]表明團隊主要成員經過近一年的探究仍然覺得這一定義能夠很好地表達他們對腦機接口的理解。首先，在這個定義中，作者雖然強調信號須采集自中樞神經系統(tǒng)，但同時指出此處的中樞神經系統(tǒng)特指腦，亦即不包括脊髓。既然如此，不如直接將定義中的“中樞神經系統(tǒng)”替換成“腦”更為明晰。這樣一來，就信號采集源頭而言，與美國腦機接口協(xié)會的定義就沒有什么不同。其次，該定義強調須“把交互的結果在線反饋（包括神經反饋）給用戶”。其實，交互（interaction）必然是雙向的，亦即交互原本就包含反饋的意思。盡管此處的文字表述顯得不夠簡潔，但所要表達的意思是清晰的，也就是需要實現(xiàn)“用戶”與“以計算機為核心的機械系統(tǒng)”之間的持續(xù)交互。這和美國腦機接口協(xié)會的定義有相似之處，但不完全相同。美國腦機接口協(xié)會強調的是“腦與外部或內部環(huán)境之間的持續(xù)交互”。“用戶”的外延比“腦”更廣。“外部或內部環(huán)境”的外延又比“以計算機為核心的機械系統(tǒng)”更為寬泛。最后，該定義強調須將“腦信號特征直接轉化”為通信和控制命令，美國腦機接口協(xié)會的定義則強調須“實時（或近乎實時）轉化”，兩者在本質上也沒有什么差異，都強調需要嚴控信號轉化的時滯。此外，美國腦機接口協(xié)會的定義還強調腦機接口要“以替代、恢復、增強、補充和／或改善腦的自然輸出”為目的，而上述定義中則沒有類似表述。
與國內學者給出的腦機接口定義相比，中國科學技術部官方網站2024年公布《腦機接口研究倫理指引》中的腦機接口定義則顯得更為合理。“腦機接口是在大腦與外部設備之間創(chuàng)建信息通道，實現(xiàn)兩者之間直接信息交互的新型交叉技術。它通過記錄裝置采集顱內或腦外的大腦神經活動，通過機器學習模型等對神經活動進行解碼，解析出神經活動中蘊含的主觀意圖等信息，基于這些信息輸出相應的指令，操控外部裝置實現(xiàn)與人類主觀意愿一致的行為，并接收來自外部設備的反饋信號，構成一個交互式的閉環(huán)系統(tǒng)。腦機接口應用主要包括醫(yī)療健康、交流溝通、生活娛樂等方面，特別是改善神經性癱瘓疾病患者的運動、交流、感知功能。”[23]
這一定義的特點是，其一，將信息采集區(qū)域局限在“大腦”，而不是整個腦，甚至是中樞神經系統(tǒng)。其二，將信息輸出對象限定為外部設備，不包含脊髓或癱瘓肢體神經。其三，強調直接信息交互，不能只對腦活動進行監(jiān)測，不及時對外部設備進行操控。其四，強調須為交互式的閉環(huán)系統(tǒng)，沒有信息反饋環(huán)節(jié)的不算。其五，強調應用場景不限于醫(yī)療健康領域，還可以擴展到生活娛樂領域。其六，指出實現(xiàn)方式包括通過機器學習模型等對神經活動進行解碼，突出算法模型的重要性。其七，強調“腦控”但沒有提及“控腦”，意味著腦深部刺激之類研究不在考慮范圍內。此外，該定義對“操控外部裝置實現(xiàn)與人類主觀意愿一致的行為”的強調也很有特色。此處的“人類”也許替換成“用戶”更為貼切。對“主觀意愿”的強調勢必會將用戶自主性問題納入討論范圍。
顯然，中國科學技術部認可的這一腦機接口定義不是廣義的腦機接口定義。這和歐盟理事會總秘書處通過的腦機接口定義有不少相似之處。歐盟理事會總秘書處在2024年發(fā)表的題為《從愿景到現(xiàn)實：腦機接口的潛力與風險》的報告將腦機接口定義為：“腦機接口是指一系列能夠實現(xiàn)大腦與外部設備直接通信的神經技術。這類系統(tǒng)通過檢測并解碼大腦電信號，將這些神經沖動轉化為計算機可執(zhí)行的指令，使用戶無需依賴肢體動作，僅憑思維活動即可實現(xiàn)與計算機或外部設備之間的交互。”[24]不難看出，中國科學技術部通過的腦機接口定義和歐盟理事會總秘書處通過的腦機接口定義都沒有將“控腦”，即通過定向輸送刺激信號來調節(jié)腦活動、修改腦功能這一情形納入腦機接口研究領域。與美國腦機接口協(xié)會的定義相比，中國和歐盟的上述定義顯得更為謹慎。歐盟的上述定義甚至回避腦機接口對增強健康人群的學習與工作能力的潛在價值，因而比中國的上述定義還要保守。
由上述討論可知，大多數(shù)腦機接口定義都主張，一是沒有將腦信號作為交流或控制主要信號源的，不能算作腦機接口；二是只對腦信號進行監(jiān)測，不利用腦信號對外部設備進行實時操控的，不能算作腦機接口；三是沒有實現(xiàn)大腦與外部設備之間直接信息交互，或沒有在線反饋的，不能算作腦機接口；四是只對腦進行定向刺激，沒有對腦信號進行實時檢測和解碼的，不能算作腦機接口。
結語
弄清某事物的來龍去脈，首先需明確“該事物究竟是什么”，也就是說要給出該事物的定義；而關于該事物的定義，又恰恰是歷史演變的產物。這意味著，對任何事物進行概念界定都不可避免地會烙上時代的印記，任何事物的定義都會隨著人類認識的深化而不斷發(fā)生變化。因此考察某事物的定義的演變，有助于深化對該事物的本質與特征的理解。誠然，腦機接口也不例外。
通過系統(tǒng)梳理腦機接口定義可以看出，“腦機接口”源自于英文“Brain Computer Interface（BCI）”和“Brain Machine Interface（BMI）”。早期，BCI被用于指代可穿戴式或曰非侵入式腦機接口，BMI被用于指代將電極植入顱內的侵入式腦機接口。經過多年發(fā)展，二者演變?yōu)楹x相同，可相互替代的專業(yè)術語。盡管如此，隨著計算機的普及，越來越多的人傾向使用BCI，而不是BMI，以致后來BMI已很少見諸報端。當前，“腦機接口”既包括非侵入式，也包括侵入式。出于安全監(jiān)管與倫理治理的需要，有學者建議不要籠統(tǒng)地使用“腦機接口”，可考慮恢復對BCI和BMI的使用區(qū)分。
盡管腦機接口定義近年來在不斷地發(fā)展變化，但這些定義都將大腦與外部設備之間的直接信息交互作為基礎。美國腦機接口協(xié)會在定義腦機接口時，強調實時信號處理和腦與環(huán)境之間的雙向調控，而且監(jiān)測、調控的對象不局限于大腦，可以是腦內其他區(qū)域。中國學界的腦機接口定義則顯得比較謹慎，雖然強調雙向信息交互，但定義主要針對“腦控”型腦機接口，而非“控腦”型腦機接口。這和歐盟學者的態(tài)度非常接近。不過，歐盟主流的腦機接口定義更為保守，他們重視的是腦機接口在醫(yī)療與康復領域的應用，對應用于健康人群的增強型腦機接口則持否定態(tài)度。
腦機接口定義在各國之間呈現(xiàn)的差別，不僅反映出各國在技術發(fā)展階段與研究側重點上的不同，也體現(xiàn)了各國在科技治理理念與文化價值觀上的差異。這對腦機接口的跨國研究合作與監(jiān)管協(xié)調提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。若想讓腦機接口成為造福于人類的利器，各國就有必要堅持人類命運共同體理念和“科技向善”的價值導向，始終以使用者的福祉為重，對腦機接口的概念內涵與研究邊界進行持續(xù)的反思與協(xié)商。唯有此，方能盡快形成國際公認的腦機接口階段性統(tǒng)一定義，使這項技術的發(fā)展既不背離人文關懷的初衷，也不迷失倫理指引的方向。
就國內科技治理而言，政府在激勵腦機接口技術創(chuàng)新時，需要注意兩種傾向。一是過度泛化對腦機接口的解釋。腦機接口成為熱門研究領域之后，為了獲取更多的政策紅利，很多實際上與腦機接口無關的研究也被說成是腦機接口研究，以致腦機接口領域“虛火旺盛”。二是過度窄化對腦機接口的解釋。開展腦機接口技術創(chuàng)新，關鍵是要能夠解決醫(yī)療、康復、教育、軍事等領域的需求問題。在解決問題過程中，不能一開始就對可能的路徑設限。因此沒有必要把監(jiān)測、調控對象局限于大腦，也沒有必要排斥腦深部電刺激之類“控腦”研究。要而言之，要規(guī)范、引領腦機接口技術創(chuàng)新，有關部門有必要進一步明確腦機接口的概念內涵與研究邊界。
（本文系教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目“工程科學哲學基本理論問題研究”的階段性成果，項目編號：23JZD006；北京大學哲學系碩士研究生梁澤仁、博士研究生楊軍潔對本文亦有貢獻）
注釋
[1]趙繼宗：《腦機接口：拓展人腦疆界的革命性技術與神經外科學的未來》，《協(xié)和醫(yī)學雜志》，2025年第2期。
[2]J. J. Vidal, "Toward Direct Brain-Computer Communication," Annual Review of Biophysics, 1973, 2(1).
[3]A. B. Joseph, "Design Considerations for the Brain-Machine Interface," Medical Hypotheses, 1985, 17(3).
[4]I. S. Cooper, "Twenty-Five Years of Experience with Physiological Neurosurgery," Neurosurgery, 1981, 9(2).
[5][6]J. R. Wolpaw et al., "Brain-Computer Interface Technology: A Review of the First International Meeting," IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering, 2000, 8(2).
[7]J. P. Donoghue, "Connecting Cortex to Machines: Recent Advances in Brain Interfaces," Nature Neuroscience, 2002, 5(S11).
[8]M. A. Lebedev and M. A. L. Nicolelis, "Brain-Machine Interfaces: Past, Present and Future," Trends in Neurosciences, 2006, 29(9).
[9]J. E. Huggins et al., "Workshops of the Fifth International Brain-Computer Interface Meeting: Defining the Future," Brain-Computer Interfaces, 2014, 1(1); J. E. Huggins and J. R. Wolpaw, "Papers from the Fifth International Brain-Computer Interface Meeting: Preface," Journal of Neural Engineering, 2014, 11(3).
[10]R. P. N. Rao, Brain-Computer Interfacing: An Introduction, Cambridge University Press, 2013.
[11]U. G. Hofmann and T. Stieglitz, "Why Some BCI Should Still Be Called BMI," Nature Communications, 2024, 15.
[12]J. R. Wolpaw, Brain-Computer Interfaces: Principles and Practice, Oxford University Press, 2012.
[13]J. E. Huggins and J. R. Wolpaw, "Papers from the Fifth International Brain-Computer Interface Meeting: Preface," Journal of Neural Engineering, 2014, 11(3).
[14]C. Bargmann et al., "BRAIN 2025: A Scientific Vision," June 2014, https://braininitiative.nih.gov/sites/default/files/documents/brain2025_508c_2.pdf.
[15]R. A. Miranda et al., "DARPA-Funded Efforts in the Development of Novel Brain–Computer Interface Technologies," Journal of Neuroscience Methods, 2015, 244.
[16]M. Scudellari, "DARPA Funds Ambitious Brain-Machine Interface Program: The N3 Program Aims to Develop Wearable Devices That Let Soldiers Communicate Directly with Machines," May 2019, https://spectrum.ieee.org/darpa-funds-ambitious-neurotech-program.
[17]"N3: Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology," 2018, https://www.darpa.mil/research/programs/next-generation-nonsurgical-neurotechnology.
[18]"Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Amputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations," May 2021, https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing.
[19]"BCI Definition," 2024, https://bcisociety.org/bci-definition/.
[20]肖松、程和平、吳朝暉等：《腦機接口技術發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望》，《科學與社會》，2024年第3期。
[21]Y. Chen et al., "Considerations and Discussions on the Clear Definition and Definite Scope of Brain-Computer Interfaces," Frontiers in Neuroscience, 2024, 18.
[22]伏云發(fā)、楊幫華、陳樹耿等，《基于想象的腦機接口交互原理與實踐》，北京：電子工業(yè)出版社，2025年。
[23]《腦機接口研究倫理指引》，2024年2月2日，https://www.most.gov.cn/kjbgz/202402/W020250729544050390416.pdf。
[24]"From Vision to Reality: Promises and Risks of Brain-Computer Interfaces," September 2024, https://www.consilium.europa.eu/media/fh4fw3fn/art_braincomputerinterfaces_2024_web.pdf?utm_source=linkedin.com&utm_medium=social&utm_campaign=20241002-art-research-paper&utm_content=visual.
Redefining the Human–Machine Nexus: Conceptual Evolution and Boundary Formation in Brain-Computer Interface Research
Zhou Cheng
Abstract: Brain–Computer Interface (BCI), as a frontier technology aimed at extending human cognitive capabilities and realizing the long-term vision of seamless human-machine interaction, has attracted sustained attention from both academic and industrial communities. Despite growing academic interest, a unified and operational definition of BCI remains absent from current scholarly discourse. In the United States, academic definitions of BCI often highlight the functions of real-time signal processing and bidirectional modulation, with target monitoring extending beyond the brain. By contrast, Chinese academic discourse tends to adopt a more cautious and restrained definitional approach: although the notion of bidirectional information exchange is acknowledged, prevailing definitions predominantly emphasize brain-controlled models, with comparatively limited attention to brain control models. It is imperative for all countries to uphold the vision of a community with a shared future for mankind and the value of Science and Technology for Social Good, consistently prioritizing people's welfare. This article contends that sustained reflection and deliberation on the conceptual connotations and research boundaries of BCI are essential to expeditiously establish a widely recognized, provisional definition of BCI at the international level. It further emphasizes that interpretations of BCI should avoid both excessive generalization and undue narrowing.
Keywords: definition of brain-computer interface, conceptual evolution, brain computer interface, brain machine interface, human-machine interaction
責 編∕肖晗題 美 編∕周群英
