也许你会觉得这样的脑机接口不够自然，还需要外界的视觉刺激来配合。能不能只是想一想，就能通过脑电读出来？由于上面提到的脑电的低分辨率，精细的“想法”是无法解读的。唯一例外是“运动想象”，当想象左手、右手或者脚的运动时，可以在头顶向两耳外侧延展的带状区域(感觉运动带)安放脑电电极，检测出这三种想象状态的差别。背后的生理基础是感觉运动带的功能划分与身体的不同部位相对应：左手的感觉运动由带状区域的右边部分负责，右手则由左边负责，形成对侧交叉，而下肢和脚部由中间区域负责；由于左右脚的负责区域都在头皮中间，所以左右脚是无法区分的。如果在这三个区域(感觉运动带的左中右)分别放上脑电电极，理想情况下，检测这三个位置的脑电活动强度变化，就可以推测你是在想象左手、右手还是脚的运动了。当然，你在真的运动手脚时，这三个位置的脑电活动变化更加清晰强烈。这个简单的对应规律，通过功能磁共振成像可以很清晰地展示出来。因为头皮表面的脑电非常微弱，有效信号只有微伏量级，而且淹没在很大的电学和生理噪声中，要准确地检测出左右手和脚的运动想象，还需要微弱信号的处理技术。感觉运动带的脑电主要能量变化集中在10赫兹和20赫兹附近，即所谓的脑电alpha波段和beta波段。通常需要把采集到的脑电信号进行滤波，把包含关键信号的alpha和beta频段能量变化提取出来，送入一个训练好的分类算法，才能最终完成对脑电信号的准确翻译。
感觉运动脑区和手脚运动的对应关系
如果我们有高性能的脑电帽和放大器、识别准确率高的算法，就能让脑电波来控制屏幕光标、假肢、轮椅，甚至机器人。因为脑电只能检测出三种想象状态的差别，所以最多只能控制三个操作：左转、右转和前进。2006年夏天德国足球世界杯期间，我和高上凯、高小榕教授实验室联合开发了一套脑电控制机器狗踢足球的脑机接口系统，第一次实现了三个方向的实时运动控制。通过特殊的训练和精巧的程序设计，少数人能够控制二维和三维空间目标的移动，例如美国明尼苏达大学Bin He教授实验室演示的脑电遥控无人机飞行。最有戏剧性的演示是2014年巴西足球世界杯开幕式上的开球，这大概是历史上最特别的一次：一位下肢残疾的巴西青年在脑机接口技术的帮助下，用自己的脑电控制一套下肢外骨骼(机械假肢)踢出了第一脚球，其原理就是上面介绍的运动想象脑机接口。
这些演示犹如科幻，让人惊叹。为什么这样的技术还没有应用到临床，帮助哪些重度残疾的病人重新获得运动能力？目前的技术困难一方面在脑电极。前面交代过，要获得高质量、稳定的脑电信号，需要在电极和头皮之间注入导电胶，这种胶体适合于两小时内的短期使用，时间长了就会干结，其中的离子运动受阻，脑电信号质量会大幅度下降，直至脑机接口系统无法工作；另一方面的难点是各种干扰的存在，例如环境中的电磁噪声、使用者体表的电生理信号等，甚至使用者的心理状态也会破坏系统的稳定性，很多脑机接口的识别算法离开实验室到了家居环境就无法稳定工作了。随着新的脑电传感器(例如干电极)和识别算法的不断改进，相信未来的脑电帽一定会帮助一部分丧失运动功能的病人重新体验运动的感觉，提高生活质量。
脑机接口控制机器狗踢足球
植入脑机接口：神经芯片解读精细运动信号
既然脑电信号不够精准，不够稳定，为什么不把神经传感器放进脑内，去探测和记录每一个运动神经细胞的活动，做一个长期植入“一劳永逸”的脑机接口呢？1998年，美国创业公司Neural Signals的创始人Philip Kennedy开始尝试在人脑中植入微电极，记录运动区的神经细胞放电，希望帮助一位完全丧失运动能力的残疾人恢复与外界的交流。因为电极数目限制，他的实验展示了可能性，但解读信号的准确率远没有达到实用要求。他的初步研究以及60年代Grey Walter医生的勇敢尝试，启发了一批从事运动功能神经电生理研究的学者，其中包括布朗大学John Donoghue、匹兹堡大学Andrew Schwartz、杜克大学Miguel Nicolelis、伯克利大学的Jose Carmena等。他们都曾长期从事灵长类运动神经电生理的研究，对于猴子大脑运动皮层神经细胞控制上肢运动的规律，有着深入的理解。上面我们提到手脚运动是由对侧的感觉运动带控制的，这只是个宏观的规律，进一步的问题是，手脚运动的方向、加速度、力量等这些参数是如何通过感觉运动带的神经细胞活动来编码的？
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