载人航天任务中非侵入式脑机接口的应用前景和技术挑战

摘要

在长期的载人航天任务中，复杂且极端的太空环境对宇航员的生理、心理及认知功能产生显著的影响，直接威胁任务的安全性和执行效率。脑机接口(brain-computer interface,BCI)技术作为连接大脑与外部设备的关键桥梁，通过精准采集和解析神经信号，为载人航天任务提供了创新的人机协同范式。非侵入式BCI技术在航天员选拔、训练、在轨任务执行及返回后康复等多个阶段展现出广阔的应用潜力。在任务准备阶段，BCI技术通过整合多模态信号评估与神经反馈训练，显著提升航天员的认知功能和心理韧性。在任务执行阶段，BCI技术能够实时监测航天员的生理与心理状态，并通过意念控制优化设备操作，从而提升任务效率与安全性。在任务结束返回后的康复期，BCI技术不仅能够结合非侵入式神经调控改善情绪与认知功能，还能够支持航天员的运动和认知恢复，并有助于其进行长期的健康管理。然而，BCI技术在航天应用中仍面临信号鲁棒性不足、系统自适应性有限及数据处理效率欠佳等挑战。未来，BCI技术应融合多模态生理传感器与深度学习算法，以实现精准监测和个性化干预，并结合虚拟现实及机器人技术开发智能化人机协作模式，为航天任务提供更高效的人机交互支持。

关键词

脑机接口 / 神经调控 / 航天 / 宇航员 / 认知