腦機接口（BCI）是一種顛覆傳統人機交互的變革性技術，旨在繞過外周神經與肌肉系統在腦與計算機之間建立直接的通信與控制。隨著BCI技術的快速發展及其應用需求和對BCI專業人才需求的增加，逐漸出現了一個新興專業——BCI專業。然而，迄今為止，少有文獻論述這一新興專業的多學科性和培養方案。為此，本文首先介紹了BCI的應用需求，包括醫學與非醫學領域對BCI技術的需求，闡述了BCI研發的多學科性質以及對BCI專業人才的迫切需求。然后，提出了BCI專業的培養方案，充分考量了BCI研發的多學科性質來設置課程及學分分布。此外，分析了BCI專業建設面臨的挑戰，并提出了應對策略的建議。最后，展望了BCI專業的未來，以期為BCI專業的建設提供有價值的參考。
引用本文： 楊恒源, 李天文, 趙磊, 陳小剛, 潘家輝, 伏云發. 一個新興專業：腦機接口專業. 生物醫學工程學雜志, 2024, 41(6): 1257-1264. doi: 10.7507/1001-5515.202409050 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《生物醫學工程學雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
0 引言
腦-計算機接口（brain-computer interface，BCI）簡稱腦機接口，是一種顛覆傳統人機交互（human-computer interface，HCI）的變革性技術，旨在繞過或不依賴外周神經或肌肉，利用中樞神經系統（central nervous system，CNS）（如大腦）產生的中樞神經信號在腦與計算機之間建立直接的通信與控制通道，以改善或進一步提高個體（包括患者、殘障人士和健康個體）的生活質量或工作效率，具有潛在醫學和非醫學應用價值[1-10]。特別需要注意的是，BCI是一種直接從大腦向外設輸出指令的通信和控制系統，同時把結果在線反饋給BCI用戶形成閉環，以調節其大腦活動[11-13]，如圖1所示[12]。相關研究報道，通過精確解碼大腦信號，不僅可以實現對機械臂和輪椅的控制，還能夠通過計算機進行語言表達[3-4, 14-19]。
如上所述，有別于傳統人機交互，BCI是一種變革性的人機交互，是陽光下的新事物[5-6]，也是人類的夢想之一。自1964年Walter等開啟BCI研究以來[20-21]，該領域已發展逾60年。21世紀以來，BCI發展迅猛，2015年歐盟發布的路線圖推動了它在醫療和非醫療領域的應用，同時在受人關注的醫學期刊上發表的文獻也急劇增加。此外，科技巨頭如Neuralink和Facebook投入巨資研發BCI技術，旨在提供無需鍵盤的交流方式。預計未來十年，BCI將廣泛應用于娛樂和醫療市場[3-4]。
BCI領域科學興趣和研究活動的迅速增長主要歸因于以下三個關鍵因素的共同推動。首先，功能強大且價格低廉的計算機硬件和軟件為大腦活動的復雜、高速分析提供了必要支持，這是實現實時BCI操作的關鍵條件。其次，過去六十多年對CNS的深入研究，特別是在腦電活動、神經元動作電位等腦信號本質與功能上的重大突破，以及腦信號記錄技術的進步，為BCI奠定了技術基礎。最后，對殘障患者需求的重新認識揭示了BCI技術的重要社會價值。腦癱、脊髓損傷和腦卒中等疾病導致的交流障礙，使許多患者迫切需要最基本的通信與控制手段，即便BCI技術尚在初期發展階段，也已顯示出解決這一問題的潛力，其社會需求成為BCI發展的重要驅動力。正如恩格斯所言：“社會一旦有技術上的需要，這種需要比十所大學更能推動科學進步。”
在中國，自1998年清華大學團隊開展BCI研究，已取得顯著進展[22-29]。中國在2021年啟動腦計劃，國家政策支持投入資金研發BCI。2023年國內產業聯盟的成立促進了BCI技術的社會需求、臨床應用、技術創新和政策支持。
隨著BCI技術的快速發展及其應用需求和對BCI專業人才需求的增加，逐漸出現了一個新興專業——BCI專業。然而，迄今為止，少有文獻論述這一新興專業的多學科性和建設方案。BCI專業學制與學位授予、培養目標和培養成效如何？如何設置BCI專業課程？專業建設面臨哪些挑戰？針對這些問題，本文進行了詳細的闡述和討論，期望為BCI專業建設提供有參考價值的方案。
1 BCI的應用需求
1.1 BCI的醫學應用需求
嚴重運動功能障礙患者因無法與外界溝通而導致生活質量受損，同時會對家庭和社會構成沉重負擔。BCI技術提供了一種新的通信與控制選擇，以滿足這些患者的基本需求，這是BCI最重要的目標，也是首要的目標[14-19]。此外，BCI技術對于脊髓損傷、腦卒中和阿茲海默癥等其他嚴重殘疾患者，同樣是重要的潛在需求[7-8]。
許多研究表明BCI能夠為臨床患者和殘障人士提供替代、恢復、增強、補充或改善CNS自然輸出的功效[12]。例如，已有研究將BCI用于中風康復、肌萎縮側索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、腦外傷治療、脊髓損傷康復和神經康復訓練等[3-4]。也有研究把雙向BCI技術用于脊髓損傷患者，將BCI與虛擬現實交互融合用于神經康復，以及融合BCI與功能性電刺激（functional electrical stimulation，FES）用于運動恢復等[3-4]。此外，BCI作為可穿戴神經技術有望用于自我健康監測以預防疾病，這是BCI的預防醫學應用[3-4]。
1.2 BCI的非醫學應用需求
除了醫學應用需求外，BCI還有非醫學應用需求或非醫學目標。隨著BCI技術的發展，其非醫學領域的需求也在增長，主要包括以下幾個方面。
1.2.1 虛擬現實與增強現實
BCI在改進和深化人機交互方式方面具有顯著的潛力。BCI技術與虛擬現實（virtual reality，VR）和增強現實（augmented reality，AR）相結合，可以讓用戶通過腦信號控制虛擬環境，創造更沉浸、更個性化的體驗[30]。
1.2.2 游戲與娛樂
BCI技術的應用帶來了“意念控制游戲”的可能。通過腦電波控制角色與虛擬物體的交互，有望實現玩家更深度的沉浸感。許多游戲公司已經在探索基于腦電的游戲體驗，這不僅拓展了游戲的互動方式，也推動了新型腦控技術的市場需求[31-32]。
1.2.3 教育與學習
BCI技術在教育領域的潛在應用主要集中在學習狀態監測、個性化教育以及特殊教育方面。例如，通過BCI系統監測學生的注意力、情緒等狀態，有助于教師及時調整教學策略。此外，對于有學習障礙或運動障礙的學生，BCI技術有望輔助其學習進度，提高學習效率[33]。
1.2.4 職業安全與生產力提升
BCI有望用于監測專業和職業操作員表現，如疲勞狀態、精神集中程度等，在交通運輸、危險工業操作等領域可輔助保障職業安全。通過BCI系統實時反饋工作者腦疲勞和情緒狀態，能在必要時發出提醒，防止疲勞引發事故，提高生產力和安全性[34-35]。
綜上所述，BCI技術的非醫學應用需求廣泛且深入，涉及生活、娛樂、教育和職業安全等領域。隨著技術的進步，未來BCI的應用將變得更加普及和多樣化，進一步提升人機交互的便捷性和智能化水平。
2 BCI研發的多學科性質及對專業人才的需求
2.1 BCI研發的多學科性質
近些年來BCI取得非凡發展的一個重要原因是它內在和必然的多學科性，這也是BCI研究和開發的獨特性[3-4]。BCI的多學科性質具體體現在如下幾個方面：① BCI所用大腦信號的適當選擇，取決于人們對神經科學的理解，無論是基礎還是應用神經科學。② 正確記錄所選的腦信號取決于物理科學以及電氣和材料工程，也取決于神經外科和組織生物學。③ 所記錄腦信號適當、有效、及時的處理需要計算機科學和應用數學。④ 算法將腦信號特征翻譯為實現用戶意圖的設備命令，該算法的設計和操作取決于系統工程以及對大腦功能自發和自適應變化（即大腦自適應性或神經可塑性）的理解。⑤ 適當用戶群的選擇與適當應用系統的實現需要臨床神經病學和康復工程，并依靠輔助技術的專業知識。⑥ 最后，用戶與應用設備之間復雜持續的交互管理需要理解行為心理學和人類工程學。
由此可見，BCI的獨特性涉及大腦這一高度復雜的系統，BCI與腦科學或神經科學直接相關，而腦科學是最具挑戰性的研究。同時，BCI也與先進的計算機科學技術和人工智能直接相關，計算機與人工智能是實現BCI的工具或工程方法。此外，以用戶為中心的BCI設計與人類工效學直接相關[36]，還與生物醫學工程、神經與康復工程、智能機器人控制等緊密相關。BCI研發的多學科性質如圖2所示。
圖2
BCI研發的多學科性質示意圖
Figure2.
Schematic diagram of the multidisciplinary nature of BCI research and development
綜上所述，基于BCI研發的獨特性和多學科性，如果BCI研究和開發要實現它們的首要目標，即為嚴重殘疾患者提供重要的通信和控制選擇，那么這些不同學科之間的有效合作是至關重要的[3-4]。實際上，除了BCI的首要目標，其他目標（如其他醫學目標、非醫學目標）的實現也需要不同學科之間的有效合作。
2.2 對BCI專業人才的需求
為了實現人類的BCI夢想，滿足BCI醫學和非醫學應用需求，BCI的研究、開發和應用需要BCI專業人才。隨著BCI技術的快速發展和產業轉化推進，對BCI專業人才的需求日益增加，驅動這種需求的主要因素包括以下幾個。
2.2.1 BCI行業對跨學科創新人才的需求
BCI技術涉及神經科學、計算機科學和人工智能等多個學科的知識，要求專業人才具備廣泛的跨學科知識和深厚的學術背景。BCI專業人才能夠將腦信號轉化為機器指令，推動醫療康復、神經工程和VR等領域的創新應用。傳統學科難以完全滿足BCI行業對跨學科綜合知識和技術的需求。
2.2.2 BCI應用領域需求的增加與產業化對BCI專業人才的需求
BCI在醫療和非醫療領域的應用需求不斷增加。醫療領域需要BCI幫助癱瘓患者恢復運動和交流能力，娛樂、教育和智能家居等領域則對BCI交互技術有強烈需求。隨著BCI技術和產品的逐步落地，產業界需要能夠設計、實施和優化BCI解決方案的專業人才，以推動產品化和市場化進程。包括Neuralink在內的全球多家企業已投入BCI領域以促進技術商業化。各國政府，如中國的“腦計劃”和歐盟的BCI發展路線圖，也在加速BCI從實驗室研究到產業應用的轉化。專業化BCI人才的培養是實現技術轉化、產品開發和市場推廣的關鍵。通過建立BCI專業，可以培養具備綜合知識和實際技能的專業人才，滿足日益增長的BCI市場需求，加速實現BCI技術的普及應用。
3 BCI專業培養方案
BCI專業培養方案在很大程度上取決于專業層次或學制，包括：① 專科層次的BCI專業，學制3～4年；② 本科層次的BCI專業，學制4～5年；③ 碩士研究生層次的BCI專業，學制3～4年；④ 博士研究生層次的BCI專業，學制3～5年。這些層次的BCI專業學位授予分別為專科、學士、碩士和博士學位。下面以本科層次的BCI專業為例，給出建議的培養方案，對于專科、碩士和博士研究生層次的BCI培養方案可以在此基礎上適當降低或拔高培養目標和成效，由于側重點有所不同，可根據具體情況調整學制、增刪課程及其學分與學時。
3.1 BCI專業學制與學位授予
3.1.1 BCI專業學制
建議按本科四年學制，第一學年和第二學年重點學習外語、數學、物理等基礎課程以及BCI的學科基礎課程。第三學年重點學習BCI專業的專業主修課程。第四學年重點完成專業實踐訓練課程及論文綜合訓練。
3.1.2 學位授予
建議授予工學學士學位。
3.2 BCI專業培養目標
培養基礎寬厚，知識、能力、素質俱佳，具有多學科協作和交叉融合能力的原創或創新型人才，以及具有全球化視野，在BCI專業及其相關領域具有國際競爭力的未來領軍人才。
3.3 課程設置與學分分布
3.3.1 基本學分學時
建議本科培養總學分為150～160學分，包含實習實踐學時，并且設置實訓周，以鍛煉學生實操能力。
3.3.2 課程設置
課程體系結構應遵循專業交叉、基礎寬厚、能力導向、創新驅動的原則，分為理論課程和實踐課程兩大部分。理論課程包括通識教育課程、專業教育基礎課程、專業主修課程；實踐課程包括實驗教學、專業綜合實踐訓練、論文（畢業設計）綜合訓練等環節。基于BCI研發的多學科性進行BCI專業的課程設置，表1給出了課程名稱、課程的必要性、建議學分和學期。
表1
BCI專業的課程設置
Table1.
Curriculum of BCI major
通識類課程（如綜合英語、軍事理論和政史類課程等）不在該表討論。該設置方案是初步的、建議性的，可以根據實際建設需求增減或優化。各個學校可以根據實際情況，針對專科、本科、碩士或博士層次，進行調整或優化，特別是每門課程的具體學時也需要根據具體情況進行規劃。
4 面臨挑戰與展望
4.1 BCI專業建設面臨的挑戰和應對策略
以本科層次的BCI專業建設為例，專業建設面臨許多挑戰，尤其因其跨學科性和前沿性而更加復雜，本文也相應地提出一些應對策略。
4.1.1 課程教材缺乏或不完善
BCI作為新興領域，BCI專業作為新興專業，缺乏與BCI緊密相關或核心的課程教材，一些所謂的教材實際上是編著或專著，可能是不懂教學目標、教學方法與規律的科研人員編寫的，或是并未真正理解BCI的人員編寫的。建議組織既掌握教學方法和規律以及有長期教學實踐經驗，又深刻理解BCI技術本身的人員編寫與BCI緊密相關或核心的課程教材。
4.1.2 高昂的實驗設備和資源需求
BCI研究和應用需要特定的實驗設備，如腦電圖、功能磁共振成像設備等，采購和維護成本高，且對實驗室環境有較高要求。可以通過校企合作、共享資源的方式，解決實驗設施不足的問題。同時，建立虛擬仿真實驗平臺，幫助學生通過軟件模擬實驗步驟和數據分析，節省成本。
4.1.3 師資力量短缺
BCI領域需要具有跨學科背景的教師，目前高校缺少具備神經科學和計算機技術雙重背景的專職教師，這會影響教學質量。建議通過與研究機構、醫院、技術公司合作，邀請具備行業經驗的專家擔任客座講師或導師。同時，鼓勵教師進修和跨學科培訓，以彌補知識和經驗上的不足。
4.1.4 國際合作和學術規范的缺乏
BCI作為新興領域，目前在本科教育方面的國際規范和標準較少，尤其是課程內容、研究方法和教學目標等方面，還未形成全球一致的標準，這導致專業建設時缺乏參考。應積極參與國際BCI學術交流與合作，借鑒國外BCI研究和教育的先進經驗，推動國內外在BCI教育上的標準化合作。同時，鼓勵師生參加國際會議和合作項目，以提升專業水平。
由此可見，本科層次BCI專業的建設還需要面對多種挑戰，尤其是在教材建設、實驗資源、師資配備和國際合作和學術規范等方面。這些挑戰雖然復雜，但可以通過跨學科合作、校企協同、國際交流等方式逐步克服，從而建立一個具備前瞻性和實際應用價值的BCI專業，為未來的BCI發展培養專業人才。
4.2 展望
隨著BCI技術的快速發展及其產業化進程的推進，一個新興的跨學科專業——BCI專業應運而生。為了實現人類的BCI夢想，多個因素共同推動了這一專業的興起。除了BCI技術本身的突破外，BCI在醫學和非醫學領域的應用需求以及對BCI專業人才的迫切需求，同樣也加速了這一新興專業的設立。BCI專業的創建、課程設置的完善以及培養方案的制定勢在必行，以滿足BCI研究、開發和應用對BCI專業人才的需求。
BCI專業與傳統學科存在顯著差異，它是一個高度跨學科的領域，要求不同學科的協作與專業的融合。該專業培養具備跨學科創新能力的人才，涉及腦科學、計算機科學與技術、人工智能、倫理學等多個領域的知識。BCI專業的畢業生可以進入VR與AR、游戲開發、科技教育和醫療康復等多個行業，從事技術研發、系統集成、產品設計或科研等相關工作。作為一個新興專業，BCI不僅為解決社會需求提供技術支持，還推動了人機交互和智能技術的進步，為未來人類與技術的深度融合奠定了基礎。
BCI專業代表科技發展的新方向和人機關系的進步。通過該專業的學習，學生不僅能夠深入理解大腦如何產生意識與行為，還能學會如何借助先進技術與大腦進行直接交流。未來，隨著技術的不斷發展，BCI有望成為智能社會的核心支柱，而這一領域的專業人才將成為引領這一前沿技術的中堅力量。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：楊恒源為主要撰寫人，完成相關文獻的收集及論文初稿的寫作；李天文和趙磊負責文獻調研；陳小剛和潘家輝負責寫作指導和意見；伏云發為論文的負責人及主要審核人。
0 引言
腦-計算機接口（brain-computer interface，BCI）簡稱腦機接口，是一種顛覆傳統人機交互（human-computer interface，HCI）的變革性技術，旨在繞過或不依賴外周神經或肌肉，利用中樞神經系統（central nervous system，CNS）（如大腦）產生的中樞神經信號在腦與計算機之間建立直接的通信與控制通道，以改善或進一步提高個體（包括患者、殘障人士和健康個體）的生活質量或工作效率，具有潛在醫學和非醫學應用價值[1-10]。特別需要注意的是，BCI是一種直接從大腦向外設輸出指令的通信和控制系統，同時把結果在線反饋給BCI用戶形成閉環，以調節其大腦活動[11-13]，如圖1所示[12]。相關研究報道，通過精確解碼大腦信號，不僅可以實現對機械臂和輪椅的控制，還能夠通過計算機進行語言表達[3-4, 14-19]。
如上所述，有別于傳統人機交互，BCI是一種變革性的人機交互，是陽光下的新事物[5-6]，也是人類的夢想之一。自1964年Walter等開啟BCI研究以來[20-21]，該領域已發展逾60年。21世紀以來，BCI發展迅猛，2015年歐盟發布的路線圖推動了它在醫療和非醫療領域的應用，同時在受人關注的醫學期刊上發表的文獻也急劇增加。此外，科技巨頭如Neuralink和Facebook投入巨資研發BCI技術，旨在提供無需鍵盤的交流方式。預計未來十年，BCI將廣泛應用于娛樂和醫療市場[3-4]。
BCI領域科學興趣和研究活動的迅速增長主要歸因于以下三個關鍵因素的共同推動。首先，功能強大且價格低廉的計算機硬件和軟件為大腦活動的復雜、高速分析提供了必要支持，這是實現實時BCI操作的關鍵條件。其次，過去六十多年對CNS的深入研究，特別是在腦電活動、神經元動作電位等腦信號本質與功能上的重大突破，以及腦信號記錄技術的進步，為BCI奠定了技術基礎。最后，對殘障患者需求的重新認識揭示了BCI技術的重要社會價值。腦癱、脊髓損傷和腦卒中等疾病導致的交流障礙，使許多患者迫切需要最基本的通信與控制手段，即便BCI技術尚在初期發展階段，也已顯示出解決這一問題的潛力，其社會需求成為BCI發展的重要驅動力。正如恩格斯所言：“社會一旦有技術上的需要，這種需要比十所大學更能推動科學進步。”
在中國，自1998年清華大學團隊開展BCI研究，已取得顯著進展[22-29]。中國在2021年啟動腦計劃，國家政策支持投入資金研發BCI。2023年國內產業聯盟的成立促進了BCI技術的社會需求、臨床應用、技術創新和政策支持。
隨著BCI技術的快速發展及其應用需求和對BCI專業人才需求的增加，逐漸出現了一個新興專業——BCI專業。然而，迄今為止，少有文獻論述這一新興專業的多學科性和建設方案。BCI專業學制與學位授予、培養目標和培養成效如何？如何設置BCI專業課程？專業建設面臨哪些挑戰？針對這些問題，本文進行了詳細的闡述和討論，期望為BCI專業建設提供有參考價值的方案。
1 BCI的應用需求
1.1 BCI的醫學應用需求
嚴重運動功能障礙患者因無法與外界溝通而導致生活質量受損，同時會對家庭和社會構成沉重負擔。BCI技術提供了一種新的通信與控制選擇，以滿足這些患者的基本需求，這是BCI最重要的目標，也是首要的目標[14-19]。此外，BCI技術對于脊髓損傷、腦卒中和阿茲海默癥等其他嚴重殘疾患者，同樣是重要的潛在需求[7-8]。
許多研究表明BCI能夠為臨床患者和殘障人士提供替代、恢復、增強、補充或改善CNS自然輸出的功效[12]。例如，已有研究將BCI用于中風康復、肌萎縮側索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、腦外傷治療、脊髓損傷康復和神經康復訓練等[3-4]。也有研究把雙向BCI技術用于脊髓損傷患者，將BCI與虛擬現實交互融合用于神經康復，以及融合BCI與功能性電刺激（functional electrical stimulation，FES）用于運動恢復等[3-4]。此外，BCI作為可穿戴神經技術有望用于自我健康監測以預防疾病，這是BCI的預防醫學應用[3-4]。
1.2 BCI的非醫學應用需求
除了醫學應用需求外，BCI還有非醫學應用需求或非醫學目標。隨著BCI技術的發展，其非醫學領域的需求也在增長，主要包括以下幾個方面。
1.2.1 虛擬現實與增強現實
BCI在改進和深化人機交互方式方面具有顯著的潛力。BCI技術與虛擬現實（virtual reality，VR）和增強現實（augmented reality，AR）相結合，可以讓用戶通過腦信號控制虛擬環境，創造更沉浸、更個性化的體驗[30]。
1.2.2 游戲與娛樂
BCI技術的應用帶來了“意念控制游戲”的可能。通過腦電波控制角色與虛擬物體的交互，有望實現玩家更深度的沉浸感。許多游戲公司已經在探索基于腦電的游戲體驗，這不僅拓展了游戲的互動方式，也推動了新型腦控技術的市場需求[31-32]。
1.2.3 教育與學習
BCI技術在教育領域的潛在應用主要集中在學習狀態監測、個性化教育以及特殊教育方面。例如，通過BCI系統監測學生的注意力、情緒等狀態，有助于教師及時調整教學策略。此外，對于有學習障礙或運動障礙的學生，BCI技術有望輔助其學習進度，提高學習效率[33]。
1.2.4 職業安全與生產力提升
BCI有望用于監測專業和職業操作員表現，如疲勞狀態、精神集中程度等，在交通運輸、危險工業操作等領域可輔助保障職業安全。通過BCI系統實時反饋工作者腦疲勞和情緒狀態，能在必要時發出提醒，防止疲勞引發事故，提高生產力和安全性[34-35]。
綜上所述，BCI技術的非醫學應用需求廣泛且深入，涉及生活、娛樂、教育和職業安全等領域。隨著技術的進步，未來BCI的應用將變得更加普及和多樣化，進一步提升人機交互的便捷性和智能化水平。
2 BCI研發的多學科性質及對專業人才的需求
2.1 BCI研發的多學科性質
近些年來BCI取得非凡發展的一個重要原因是它內在和必然的多學科性，這也是BCI研究和開發的獨特性[3-4]。BCI的多學科性質具體體現在如下幾個方面：① BCI所用大腦信號的適當選擇，取決于人們對神經科學的理解，無論是基礎還是應用神經科學。② 正確記錄所選的腦信號取決于物理科學以及電氣和材料工程，也取決于神經外科和組織生物學。③ 所記錄腦信號適當、有效、及時的處理需要計算機科學和應用數學。④ 算法將腦信號特征翻譯為實現用戶意圖的設備命令，該算法的設計和操作取決于系統工程以及對大腦功能自發和自適應變化（即大腦自適應性或神經可塑性）的理解。⑤ 適當用戶群的選擇與適當應用系統的實現需要臨床神經病學和康復工程，并依靠輔助技術的專業知識。⑥ 最后，用戶與應用設備之間復雜持續的交互管理需要理解行為心理學和人類工程學。
由此可見，BCI的獨特性涉及大腦這一高度復雜的系統，BCI與腦科學或神經科學直接相關，而腦科學是最具挑戰性的研究。同時，BCI也與先進的計算機科學技術和人工智能直接相關，計算機與人工智能是實現BCI的工具或工程方法。此外，以用戶為中心的BCI設計與人類工效學直接相關[36]，還與生物醫學工程、神經與康復工程、智能機器人控制等緊密相關。BCI研發的多學科性質如圖2所示。
圖2
BCI研發的多學科性質示意圖
Figure2.
Schematic diagram of the multidisciplinary nature of BCI research and development
綜上所述，基于BCI研發的獨特性和多學科性，如果BCI研究和開發要實現它們的首要目標，即為嚴重殘疾患者提供重要的通信和控制選擇，那么這些不同學科之間的有效合作是至關重要的[3-4]。實際上，除了BCI的首要目標，其他目標（如其他醫學目標、非醫學目標）的實現也需要不同學科之間的有效合作。
2.2 對BCI專業人才的需求
為了實現人類的BCI夢想，滿足BCI醫學和非醫學應用需求，BCI的研究、開發和應用需要BCI專業人才。隨著BCI技術的快速發展和產業轉化推進，對BCI專業人才的需求日益增加，驅動這種需求的主要因素包括以下幾個。
2.2.1 BCI行業對跨學科創新人才的需求
BCI技術涉及神經科學、計算機科學和人工智能等多個學科的知識，要求專業人才具備廣泛的跨學科知識和深厚的學術背景。BCI專業人才能夠將腦信號轉化為機器指令，推動醫療康復、神經工程和VR等領域的創新應用。傳統學科難以完全滿足BCI行業對跨學科綜合知識和技術的需求。
2.2.2 BCI應用領域需求的增加與產業化對BCI專業人才的需求
BCI在醫療和非醫療領域的應用需求不斷增加。醫療領域需要BCI幫助癱瘓患者恢復運動和交流能力，娛樂、教育和智能家居等領域則對BCI交互技術有強烈需求。隨著BCI技術和產品的逐步落地，產業界需要能夠設計、實施和優化BCI解決方案的專業人才，以推動產品化和市場化進程。包括Neuralink在內的全球多家企業已投入BCI領域以促進技術商業化。各國政府，如中國的“腦計劃”和歐盟的BCI發展路線圖，也在加速BCI從實驗室研究到產業應用的轉化。專業化BCI人才的培養是實現技術轉化、產品開發和市場推廣的關鍵。通過建立BCI專業，可以培養具備綜合知識和實際技能的專業人才，滿足日益增長的BCI市場需求，加速實現BCI技術的普及應用。
3 BCI專業培養方案
BCI專業培養方案在很大程度上取決于專業層次或學制，包括：① 專科層次的BCI專業，學制3～4年；② 本科層次的BCI專業，學制4～5年；③ 碩士研究生層次的BCI專業，學制3～4年；④ 博士研究生層次的BCI專業，學制3～5年。這些層次的BCI專業學位授予分別為專科、學士、碩士和博士學位。下面以本科層次的BCI專業為例，給出建議的培養方案，對于專科、碩士和博士研究生層次的BCI培養方案可以在此基礎上適當降低或拔高培養目標和成效，由于側重點有所不同，可根據具體情況調整學制、增刪課程及其學分與學時。
3.1 BCI專業學制與學位授予
3.1.1 BCI專業學制
建議按本科四年學制，第一學年和第二學年重點學習外語、數學、物理等基礎課程以及BCI的學科基礎課程。第三學年重點學習BCI專業的專業主修課程。第四學年重點完成專業實踐訓練課程及論文綜合訓練。
3.1.2 學位授予
建議授予工學學士學位。
3.2 BCI專業培養目標
培養基礎寬厚，知識、能力、素質俱佳，具有多學科協作和交叉融合能力的原創或創新型人才，以及具有全球化視野，在BCI專業及其相關領域具有國際競爭力的未來領軍人才。
3.3 課程設置與學分分布
3.3.1 基本學分學時
建議本科培養總學分為150～160學分，包含實習實踐學時，并且設置實訓周，以鍛煉學生實操能力。
3.3.2 課程設置
課程體系結構應遵循專業交叉、基礎寬厚、能力導向、創新驅動的原則，分為理論課程和實踐課程兩大部分。理論課程包括通識教育課程、專業教育基礎課程、專業主修課程；實踐課程包括實驗教學、專業綜合實踐訓練、論文（畢業設計）綜合訓練等環節。基于BCI研發的多學科性進行BCI專業的課程設置，表1給出了課程名稱、課程的必要性、建議學分和學期。
表1
BCI專業的課程設置
Table1.
Curriculum of BCI major
通識類課程（如綜合英語、軍事理論和政史類課程等）不在該表討論。該設置方案是初步的、建議性的，可以根據實際建設需求增減或優化。各個學校可以根據實際情況，針對專科、本科、碩士或博士層次，進行調整或優化，特別是每門課程的具體學時也需要根據具體情況進行規劃。
4 面臨挑戰與展望
4.1 BCI專業建設面臨的挑戰和應對策略
以本科層次的BCI專業建設為例，專業建設面臨許多挑戰，尤其因其跨學科性和前沿性而更加復雜，本文也相應地提出一些應對策略。
4.1.1 課程教材缺乏或不完善
BCI作為新興領域，BCI專業作為新興專業，缺乏與BCI緊密相關或核心的課程教材，一些所謂的教材實際上是編著或專著，可能是不懂教學目標、教學方法與規律的科研人員編寫的，或是并未真正理解BCI的人員編寫的。建議組織既掌握教學方法和規律以及有長期教學實踐經驗，又深刻理解BCI技術本身的人員編寫與BCI緊密相關或核心的課程教材。
4.1.2 高昂的實驗設備和資源需求
BCI研究和應用需要特定的實驗設備，如腦電圖、功能磁共振成像設備等，采購和維護成本高，且對實驗室環境有較高要求。可以通過校企合作、共享資源的方式，解決實驗設施不足的問題。同時，建立虛擬仿真實驗平臺，幫助學生通過軟件模擬實驗步驟和數據分析，節省成本。
4.1.3 師資力量短缺
BCI領域需要具有跨學科背景的教師，目前高校缺少具備神經科學和計算機技術雙重背景的專職教師，這會影響教學質量。建議通過與研究機構、醫院、技術公司合作，邀請具備行業經驗的專家擔任客座講師或導師。同時，鼓勵教師進修和跨學科培訓，以彌補知識和經驗上的不足。
4.1.4 國際合作和學術規范的缺乏
BCI作為新興領域，目前在本科教育方面的國際規范和標準較少，尤其是課程內容、研究方法和教學目標等方面，還未形成全球一致的標準，這導致專業建設時缺乏參考。應積極參與國際BCI學術交流與合作，借鑒國外BCI研究和教育的先進經驗，推動國內外在BCI教育上的標準化合作。同時，鼓勵師生參加國際會議和合作項目，以提升專業水平。
由此可見，本科層次BCI專業的建設還需要面對多種挑戰，尤其是在教材建設、實驗資源、師資配備和國際合作和學術規范等方面。這些挑戰雖然復雜，但可以通過跨學科合作、校企協同、國際交流等方式逐步克服，從而建立一個具備前瞻性和實際應用價值的BCI專業，為未來的BCI發展培養專業人才。
4.2 展望
隨著BCI技術的快速發展及其產業化進程的推進，一個新興的跨學科專業——BCI專業應運而生。為了實現人類的BCI夢想，多個因素共同推動了這一專業的興起。除了BCI技術本身的突破外，BCI在醫學和非醫學領域的應用需求以及對BCI專業人才的迫切需求，同樣也加速了這一新興專業的設立。BCI專業的創建、課程設置的完善以及培養方案的制定勢在必行，以滿足BCI研究、開發和應用對BCI專業人才的需求。
BCI專業與傳統學科存在顯著差異，它是一個高度跨學科的領域，要求不同學科的協作與專業的融合。該專業培養具備跨學科創新能力的人才，涉及腦科學、計算機科學與技術、人工智能、倫理學等多個領域的知識。BCI專業的畢業生可以進入VR與AR、游戲開發、科技教育和醫療康復等多個行業，從事技術研發、系統集成、產品設計或科研等相關工作。作為一個新興專業，BCI不僅為解決社會需求提供技術支持，還推動了人機交互和智能技術的進步，為未來人類與技術的深度融合奠定了基礎。
BCI專業代表科技發展的新方向和人機關系的進步。通過該專業的學習，學生不僅能夠深入理解大腦如何產生意識與行為，還能學會如何借助先進技術與大腦進行直接交流。未來，隨著技術的不斷發展，BCI有望成為智能社會的核心支柱，而這一領域的專業人才將成為引領這一前沿技術的中堅力量。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：楊恒源為主要撰寫人，完成相關文獻的收集及論文初稿的寫作；李天文和趙磊負責文獻調研；陳小剛和潘家輝負責寫作指導和意見；伏云發為論文的負責人及主要審核人。
