想像一下，用『念力』控制手機：腦機介面即將改變你的生活！

3月9日讀畢需時 4 分鐘

腦機介面（Brain-Computer Interface, BCI）是一種透過測量和分析大腦活動，讓使用者直接以腦波控制外部裝置或與外部環境進行溝通的技術，這種技術使人類不需依靠周圍神經或肌肉，即可直接透過大腦活動與電腦或其他電子設備溝通。

腦機介面的運作原理是透過偵測腦部產生的電訊號，並利用先進的演算法將這些訊號轉換成可被電腦或其他外部裝置理解的指令，目前常用的訊號擷取技術包括侵入式（電極直接植入腦內）、部分侵入式（放置於顱骨內但不穿透腦組織）及非侵入式（如透過頭皮的電極帽）三大類。

腦機介面（BCI）的運作原理

腦機介面（BCI）的運作是透過分析腦部的生理訊號來建立大腦與外部裝置之間的即時通訊管道。具體運作步驟包含：

訊號擷取（Signal Acquisition）：
- 大腦活動會產生電訊號，這些訊號透過各種感測技術擷取。訊號的來源通常是神經元細胞放電所產生的動作電位（action potentials）或是大腦皮質區域同步產生的電生理變化。
訊號前處理（Signal Preprocessing）：
- 為提高訊號的品質與準確性，須對擷取的腦電訊號進行前處理，如去除雜訊、濾波、放大及提取有用特徵（如特定頻率波段）。
訊號分類與特徵辨識（Feature Extraction & Classification）：
- 利用人工智慧（AI）或機器學習（Machine Learning）的演算法辨識特定的訊號模式或腦波特徵，將大腦活動分類成特定的指令或動作意圖。
輸出與回饋（Output and Feedback）：
- 系統根據分類的結果向外部裝置發送訊號（如控制滑鼠、義肢或語音合成設備），同時可透過視覺、聽覺或觸覺回饋提供使用者即時反饋，提升使用者與設備的互動效率。

訊號擷取方式依據侵入程度區分為三類：

技術原理：
- 將微電極陣列（例如「猶他陣列（Utah array）」）直接植入腦組織內，通常位於運動皮質或感覺皮質區域。
- 能直接記錄單個神經元或神經元群的活動訊號，具有高解析度和即時性。
優點：
- 訊號清晰，訊號噪音比（Signal-to-noise ratio）高。
- 能提供細緻的神經訊號資訊，適合精確控制，如義肢運動控制。
缺點：
- 存在手術風險、發炎感染問題，長期使用時電極可能逐漸失效。
- 道德倫理議題較多。

技術原理：
- 將電極置於硬腦膜（Dura mater）或顱骨內但不穿透腦組織，稱為硬腦膜下電極（ECoG, electrocorticography）。
- 比侵入式更安全，訊號解析度介於侵入式與非侵入式之間。
優點：
- 訊號解析度高於非侵入式，不易受外界雜訊影響。
- 風險較侵入式低，植入後穩定性佳。
缺點：
- 仍需外科手術，存在一定風險。
- 訊號解析度雖然較高，但仍不如侵入式精確。

腦電訊號常用的頻段（Frequency Bands）包括：

然而，腦機介面的發展也面臨不少挑戰，包括訊號穩定性、設備準確度、使用的便捷性以及長期配戴的安全性等問題。此外，倫理議題，如隱私、資訊安全和個人自主性，也需謹慎處理，

根據美國政府問責局（Government Accountability Office, GAO）的報告指出，儘管腦機介面技術持續進步，但仍需要解決相關技術、倫理和監管方面的挑戰，以確保未來腦機介面的安全性與有效性。

未來，隨著神經科學與資訊技術的進一步融合，腦機介面將有望成為人機互動的重要方式之一，帶動醫療科技、智能設備及互動娛樂等領域的顯著革新。然而，要實現這一願景，仍需持續的跨領域合作與研發投入。

總結來說，腦機介面就像科幻電影裡的超能力一樣迷人，但它目前仍需克服不少現實中的小麻煩。訊號不夠穩定？設備太麻煩？這些問題都正在科學家的努力下一步步改善。

儘管有些擔心隱私問題，但相信只要技術、法規和倫理能共同進步，有一天我們也許真的能輕鬆用「意念」控制生活，讓科幻情節變成日常體驗。