一位15年前因脑干受损而失去活动和说话能力的女士，如今能够通过“意念”举起咖啡杯自己喝咖啡；另一位2006年因同样原因只有头部和眼睛能活动的男士，也能通过“意念”抓起小球。这些并非科幻小说，而是脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）技术的最新科研成果。脑机接口是一种直接在大脑与外部设备之间建立通信通道的技术，旨在帮助瘫痪患者恢复运动功能。
意念如何“取物”
2008年，美国匹兹堡大学的科研人员将微电极阵列植入猴子脑部的运动区，采集多个神经细胞的放电信号，经过计算机实时处理，转换成电动假肢的控制命令。经过训练，猴子学会了用大脑神经信号直接控制假肢抓取食物。这项研究发表在当年的《自然》杂志上。2012年，美国西北大学范伯格医学院的研究小组借助人造连接将大脑与肌肉相连，使瘫痪猴子恢复了复杂的手部运动能力，论文于4月18日发表在《自然》杂志。米勒教授指出：“利用这些神经工程学方法，我们可以了解大脑的重要生理学基础，并直接将大脑与肌肉连接起来。这一连接或许有一天可用于帮助脊髓损伤患者完成日常活动。”
2012年5月16日，美国神经学家雷·霍茨伯格在《自然》杂志上发表论文，通过为两名几乎全身瘫痪的被试植入电极，使他们成功用大脑信号控制机械手臂抓取小球和装有咖啡的水壶。在超过200次尝试中，接触直径6厘米小球的命中率达49%–95%，成功接触后有2/3的概率能抓取小球。其中一名被试还能举起瓶子到唇边通过吸管喝咖啡。然而，该方法的操作准确性尚不能达到100%。
思维帽PK植入电极
自20世纪70年代以来，研究人员一直尝试将思维与机械结合。过去十多年，神经学、心理认知科学、康复工程、生物医学工程和计算机科学的发展，使利用脑信号控制机械成为可能。目前，人体实验多采用头皮电极获取脑神经信号。2004年，两名美国科学家发明了镶有64个电极的“思维帽”，受试者可凭意念控制电脑光标。该方法无需手术，但信息采集效果不如植入电极。植入电极更接近信源，能精确反映脑电活动，但作为有创技术，因技术和伦理原因，人体实验较少，更多用于动物实验。
意念与机械的结合
“意念取物”并非特异功能，而是通过神经接口技术将意念神经信号传输给电脑，控制机械臂抓握物体。这种输出型神经接口技术（即脑机接口）从生物神经系统活动中提取控制信号，用于控制计算机、假肢等设备，不依赖脑的正常输出通路。整个过程包括获取神经电信号、提取特征、转换为控制命令三个部分。在瘫痪病人中，科学家在大脑皮质区植入药片大小的电极，读取神经信号，通过电脑转化为指令，使机械臂完成动作。
随着社会老龄化和交通事故导致神经损伤增加，运动障碍患者数量上升。尽管脑机接口技术目前无法提供100%可靠、高效和安全的替代操作，但随着对人脑机理的深入了解，瘫痪病人通过意念取物恢复运动能力有望成为现实，甚至研制出由大脑直接控制的假肢也并非遥不可及。
新进展
日前，美国学者Ed Boyden发明了一种研究大脑的新途径。他曾被《MIT技术评论》评为“世界35位最具创新精神的35岁以下研究者”。他的研究结合纳米、分子、光学等技术，建立能精准控制神经回路动态特性的神经界面。他和同事掌握了通过毫秒级光脉冲激活和抑制神经细胞活动的技术（光遗传学），在脑细胞中嵌入光敏蛋白基因，用植入光纤选择性地激活或抑制特定神经元，绘制大脑神经连接图。该团队已用此方法成功治愈实验鼠的创伤后应激障碍和因神经受损导致的失明。有学者表示，该技术不仅能用于了解大脑工作机理、治疗癫痫等神经疾病，还有望应用于连接大脑与人工躯干。