脑机通信安全新范式，让“心控”远程设备更私密

随着脑机接口（BCI）技术日渐成熟，人们能够通过意念控制设备，完成诸如打字输入、控制轮椅、玩游戏等功能。但是，当这些信号通过无线方式传输时，也常常面临被窃听、篡改、误操作的风险。

最近，由国内多个机构的研究团队在Nature Communications上发表了一篇研究：他们提出了一个“空间-时间编码超表面 + 视觉 SSVEP 视觉刺激编码”的安全无线通信平台（BSTCM），可以在物理层（并非仅靠软件）保证 BCIs 信号在无线环境里的私密和可靠，同时还能实现远程控制智能设备。这项成果让我们想到了：大脑的“安全机制”应该是怎样的，而我们正试图向它学习。

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INTRODUCTION

物理加密 + 视觉编码 = 下一代 BCI 安全防线

所提出的BSTCM的原理图

传统 SSVEP-类型的视觉刺激 BCI 系统，是让用户注视闪烁频率的视觉目标（LED闪烁）来生成频率特定的脑电信号，然后分类这些信号变成命令。但这种方式在无线环境下信号传播路径容易被截获，且视觉刺激与信号传输之间缺乏紧密融合。研究团队注意到，空间-时间编码（STC）超表面（metasurface）具备同时调控电磁波空间分布和时间变化（包括谐波生成、频率切换、方向控制等能力），于是他们提出：用 STC 超表面与视觉刺激编码融合，在物理层发送“谐波加密波束 + 空间多路 + 频率多路”的结构，这样即便信号被传播出去，也难以被未授权方正确解码。“视觉刺激”不仅是 BCI 输入，还被整合进“加密传输”的机制里，构成深度融合。

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PRINCIPLE

BSTCM 平台如何搭建

BSTCM系统的详细流程图

研究团队设计了 BSTCM 系统，其核心包含视觉刺激编码、STC 超表面、加密信道与智能设备远控四个部分。用户注视 STC 超表面上的 LED 区域，这些 LED 闪烁于不同固定频率（例如 7Hz、8.5Hz、10Hz、11.5Hz）。这些闪烁引起 SSVEP 脑电响应，经过 EEG 头盔采集并分类识别成用户意图的命令。命令控制 FPGA 控制 STC 超表面使其在高频切换状态下生成谐波波束，此类波束经空间分配与频率调制，可以分别发射给多个用户或方向。

在安全性方面，该系统将待传输信息加密为两个密文（cipher1, cipher2），通过两个独立的谐波频率信道进行发送，只有同时拥有两个密文并知道加密方式的合法接收方，才能解密出原始信息。实验中，未授权监听者得到的误码率（BER）接近 50%，信噪比（SNR）极低，而合法用户的信号识别准确率和 SNR 明显更高。

在远控设备测试中，他们还让用户通过这一系统控制多个 LED 模块（智能设备），远端接收天线捕获谐波波束，再通过 MCU 模块转换为控制信号，点亮指定 LED。即人“看闪烁 → EEG 解码 → 加密闪烁 + STC 超表面发射 → 智能设备接收控制”的完整无线链路被成功实现。

该加密无线通信系统基于BSTCM平台

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SIGNIFICANCE

脑机接口不只靠算法，也靠物理防线

这项研究的意义在于，它不仅仅是一个“能远程控制设备”的脑机接口，而是在通信物理层面加入了安全机制，使脑—机通信免于被动暴露。就像大脑在进化中发展出血脑屏障、神经隐私机制一样，这类技术告诉我们：未来的脑机接口设计不仅要学“大脑怎么控制动作”，也要学“大脑怎么保护自身信息不被外泄”。

对于脑机接口的未来，这种结合 STC 超表面、视觉刺激与加密信道的方法，可能会成为标准配置。它对残障人士、智能家居、可穿戴设备、元宇宙场景等都极具价值，因为它既保留了“意念控制”的便捷性，也大幅提升了隐私与安全性。可以想见，下一代脑机接口设备会更加像人体感觉网络的一部分，不只是读取意图，还要从物理结构上防护意图不被窃取。未来的设计思路，正是在“向大脑学习”的路上，多加入“防御”机制，而不仅仅“执行”机制。

论文参考：DOI: 10.1038/s41467-025-63326-0