「腦機介面」是什麼？大腦一動就能控制機器？智慧醫療新趨勢一次掌握！

▲Neuralink臨床試驗受試者操作機械手臂。（圖／翻攝自Neuralink官網）

想伸手拿東西時大腦在做什麼？專家揭BCI運作原理

國立陽明交通大學電機工程學系柯立偉教授表示，人類大腦由大量神經元組成，神經元之間透過電訊號傳遞訊息，形成複雜的神經網路；神經元活動時所產生的微弱訊號，在科學儀器上會呈現類似波動的變化，被稱為「腦波」。BCI正是透過感測器接收這些腦波，再透過演算法解讀、分析其中的特徵和所代表的意義。

林口長庚醫院復健科裴育晟醫師指出，人類的思考、語言及動作，都與大腦神經活性的變化有關，例如當人想伸手拿取物品時，大腦會產生特定的神經活動，進一步控制手部動作。約20年前，就有美國研究團隊透過植入大腦皮質的電極擷取相關訊號，接著用來操控機器手臂，證實大腦神經活動可驅動外部裝置，亦成為後續BCI研究和應用的基礎。

用腦波操作機器人 「意念控制」如何成真？

人們究竟如何透過腦波操控外部設備？柯立偉教授以簡單的關燈裝置為例說明，人在閉眼時，後腦視覺區會發出約8至12赫茲的α波，睜眼後則會下降，這種變化在多數人身上都可觀察到，因此可作為生物標記（biomarker）。接著研究人員可預先設定指令，當裝置偵測到後腦視覺區的α波上升，便執行關燈指令，反之則開燈，由此一來腦部訊號可被轉換為外部裝置可辨識的指令，實現「用腦波控制燈光開關」。相同原理也能延伸應用在電腦、輪椅及機器人等外部設備，這類裝置屬於「主動式（active）BCI」。

此外，BCI也可分為「被動式（passive）」與「反應式（reactive）」，前者利用神經訊號，評估使用者的生理或認知狀態，如專注力、疲勞及壓力等；後者則是透過特定外部刺激腦部，例如不同頻率的視覺刺激會引發相應頻率的腦波，裝置再根據偵測到的腦波特徵辨識使用者接收到的刺激，進而執行對應指令，目前這類應用相對較少。

侵入性與非侵入性BCI有何差異？專家解析

BCI依據侵入程度，可分為侵入式與非侵入式2類。裴育晟醫師表示，侵入式BCI因電極置於硬腦膜附近，或直接穿過硬腦膜植入於大腦皮質，更接近腦組織，可取得解析度較高的神經訊號。若要控制機器手臂完成拿取物品、進食、打字等精細動作，侵入式BCI較具優勢，但最大的問題在於，植入腦部的電極，經過一段時間後可能出現裝置鬆脫、線路斷裂等問題，金屬植入物與人體組織長期接觸可能產生的排斥或發炎反應，也是目前仍難預期及解決的課題。

相較之下，非侵入式BCI裝置則多是置於頭皮上，常用於大腦訊號的監測，相對安全性較高、使用較便利，但腦波訊號必須穿過頭骨、頭皮及頭髮，容易受到干擾，訊號品質仍有提升空間。現也有部分設備經由四肢靜脈將電極導引至接近大腦的位置、不直接進入腦組織，侵入程度介於上述兩者之間，亦被視為未來的發展方向之一。