文 | 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

隨著科技發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)正逐漸從科幻走向現(xiàn)實，成為全球矚目的焦點。腦機(jī)接口作為一種直接連接大腦與外部設(shè)備的前沿技術(shù)，使得人機(jī)交互能夠擺脫傳統(tǒng)肌肉或語言指令的束縛，僅憑大腦發(fā)出的神經(jīng)信號便可實現(xiàn)。

而這一技術(shù)的核心組件——腦機(jī)芯片，正發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不斷釋放利好。

什么是腦機(jī)接口？

腦機(jī)接口的工作原理基于大腦神經(jīng)元活動產(chǎn)生的電信號。大腦在進(jìn)行思考、感知、運(yùn)動等活動時，神經(jīng)元之間會通過電信號進(jìn)行信息傳遞。腦機(jī)接口系統(tǒng)通過特定的傳感器（神經(jīng)電極）捕捉這些微弱的電信號，然后經(jīng)過一系列復(fù)雜的處理和算法分析，將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠理解的指令，從而實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制。例如，癱瘓患者可以通過腦機(jī)接口，用大腦控制機(jī)械臂完成日常動作；游戲玩家能夠憑借意念操控游戲角色，獲得更加沉浸式的體驗。

目前，腦機(jī)接口技術(shù)依據(jù)“侵入性”程度，通常被劃分為非侵入式（腦外）、侵入式和半侵入式三大類型。非侵入式腦機(jī)接口最為常見，它通過將腦電帽佩戴在頭皮表面來采集大腦信號。這種方式操作簡便、無創(chuàng)，但其弊端也較為明顯，由于信號需要穿過頭皮、顱骨等多層組織，導(dǎo)致信號衰減嚴(yán)重，分辨率較低，所獲取的腦電信號清晰度有限，難以實現(xiàn)高精度的控制。侵入式腦機(jī)接口則是通過開顱手術(shù)，將微絲電極直接插入腦組織內(nèi)部，從而能夠近距離獲取單個神經(jīng)元活動的信號，具有極高的分辨率和準(zhǔn)確性。然而，該方式對手術(shù)技術(shù)要求極高，存在手術(shù)感染風(fēng)險，且電極作為異物植入大腦，容易引發(fā)人體免疫反應(yīng)，導(dǎo)致信號衰減等問題。半侵入式腦機(jī)接口則介于兩者之間，它將電極植入顱骨內(nèi)，但不深入腦組織，在一定程度上兼顧了信號質(zhì)量和安全性。

不同類型的腦機(jī)接口在實際應(yīng)用中各有優(yōu)劣。在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，非侵入式腦機(jī)接口可用于輔助癱瘓患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，幫助他們恢復(fù)部分運(yùn)動功能；侵入式和半侵入式腦機(jī)接口則有望為嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癲癇、帕金森病等，提供更精準(zhǔn)的治療方案，通過神經(jīng)調(diào)控來緩解癥狀。在娛樂游戲行業(yè)，腦機(jī)接口技術(shù)預(yù)計能夠為玩家?guī)砬八从械某两襟w驗，使游戲交互更加自然流暢。在智能家居控制方面，用戶只需通過大腦發(fā)出指令，就能輕松控制家中的各種電器設(shè)備，實現(xiàn)更加便捷的生活方式。

腦機(jī)芯片是腦機(jī)接口的關(guān)鍵技術(shù)

腦機(jī)芯片在腦機(jī)接口系統(tǒng)中占據(jù)著核心地位，堪稱整個系統(tǒng)的“大腦”。其主要功能是讀取大腦神經(jīng)信號，并將這些生物電信號轉(zhuǎn)換為電子指令，為實現(xiàn)人機(jī)交互提供關(guān)鍵支持。具體而言，腦機(jī)芯片在信號采集、處理和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)發(fā)揮著不可替代的作用。

在信號采集方面，腦機(jī)芯片需要具備高靈敏度和高精度的特性，能夠捕捉到極其微弱的大腦神經(jīng)信號。由于大腦神經(jīng)信號非常微弱，通常在微伏級別，且容易受到外界噪聲的干擾，因此采集芯片需要具備出色的噪聲抑制能力和高共模抑制比，以確保采集到的信號真實可靠。

信號處理是腦機(jī)芯片的另一項重要功能。采集到的大腦神經(jīng)信號是復(fù)雜的模擬信號，需要經(jīng)過芯片內(nèi)部的一系列處理，如放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機(jī)進(jìn)行分析和處理。高性能的腦機(jī)芯片需要具備強(qiáng)大的并行處理能力，能夠快速、準(zhǔn)確地對大量的神經(jīng)信號進(jìn)行處理和分析。例如，研發(fā)高性能、超低功耗腦信號處理芯片，強(qiáng)化并行處理能力，推動感知、計算和調(diào)節(jié)等功能的一體化集成，能夠大大提高腦機(jī)接口系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。在這個過程中，芯片的算法優(yōu)化也至關(guān)重要，通過先進(jìn)的算法能夠更好地提取大腦信號中的有效信息，提高信號解碼的準(zhǔn)確率。

信號傳輸環(huán)節(jié)同樣離不開腦機(jī)芯片的支持。經(jīng)過處理的大腦信號需要傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的分析和控制，這就要求腦機(jī)芯片具備高效、穩(wěn)定的通信能力。研發(fā)超低功耗、高速率、高可靠的通信芯片，能夠提升腦信號傳輸和抗干擾能力，確保信號在傳輸過程中的完整性和準(zhǔn)確性。

全球競爭腦機(jī)芯片

在國際舞臺上，腦機(jī)接口芯片領(lǐng)域競爭激烈，諸多國家和科研團(tuán)隊都在積極探索，取得了一系列令人矚目的成果。

美國在該領(lǐng)域起步較早，一直處于領(lǐng)先地位。埃隆?馬斯克創(chuàng)立的 Neuralink 公司便是其中的佼佼者，其致力于開發(fā)侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。2024 年，Neuralink 完成首例人體試驗，受試者通過腦部植入物實現(xiàn)了對電腦鼠標(biāo)的控制，引起了全球轟動。

美國的 Synchron 公司也在腦機(jī)接口領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展。2022年12月，Synchron宣布了一輪7500萬美元的融資，其中包括來自微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨和亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝佐斯的投資公司的資金。2025年5月，據(jù)報道，蘋果公司與初創(chuàng)公司Synchron合作研發(fā)新型腦機(jī)接口，以幫助殘疾人使用其設(shè)備。

此外，美國加州大學(xué)戴維斯分校醫(yī)療中心研發(fā)的新型腦機(jī)接口系統(tǒng)，成功將一名漸凍癥患者的腦電信號轉(zhuǎn)化為語音，準(zhǔn)確率達(dá) 97%，在語音解碼方面達(dá)到了較高的水平。

在其他國家，英國、德國、日本等也在加大對腦機(jī)接口芯片技術(shù)的研發(fā)投入。英國的科研團(tuán)隊在非侵入式腦機(jī)接口芯片的算法優(yōu)化方面取得了一定成果，能夠更精準(zhǔn)地從頭皮表面采集的微弱信號中提取有效信息。德國則側(cè)重于研發(fā)高穩(wěn)定性的半侵入式腦機(jī)接口芯片，提高芯片與腦組織的兼容性，降低長期植入后的免疫反應(yīng)風(fēng)險。日本在芯片的微型化和低功耗設(shè)計上獨具優(yōu)勢，致力于開發(fā)更小巧、更節(jié)能的腦機(jī)接口芯片，以適應(yīng)可穿戴設(shè)備等應(yīng)用場景的需求。

政策助力腦機(jī)芯片發(fā)展

腦機(jī)接口技術(shù)作為新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的前沿領(lǐng)域，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，受到了各國政府的高度重視。我國政府也積極出臺相關(guān)政策，大力推動腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，為腦機(jī)芯片的研發(fā)和應(yīng)用提供了有力的政策支持。

日前，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、教育部、國家衛(wèi)生健康委、國務(wù)院國資委、中國科學(xué)院、國家藥監(jiān)局等多部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》。《意見》明確提出，突破關(guān)鍵腦機(jī)芯片。發(fā)展高通道、高速率腦信號采集芯片，強(qiáng)化模數(shù)轉(zhuǎn)換、通道管理和噪聲抑制，增強(qiáng)腦信號采集放大能力。研發(fā)高性能、超低功耗腦信號處理芯片，強(qiáng)化并行處理能力，推動感知、計算和調(diào)節(jié)等功能的一體化集成。研發(fā)超低功耗、高速率、高可靠的通信芯片，提升腦信號傳輸和抗干擾能力。

實際上，今年以來，各地政府便出臺了一系列具體的扶持政策。

北京發(fā)布《加快北京市腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展行動方案(2025-2030年)》，目標(biāo)2030年實現(xiàn)腦機(jī)接口創(chuàng)新產(chǎn)品在醫(yī)療、康養(yǎng)、工業(yè)、教育等領(lǐng)域的規(guī)模化商用；上海印發(fā)《上海市腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)培育行動方案（2025-2030年）》，目標(biāo)2030年前腦機(jī)接口產(chǎn)品全面實現(xiàn)臨床應(yīng)用；廣東省提出加快腦科學(xué)與腦機(jī)接口、類器官等技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化；四川印發(fā)《四川省腦機(jī)接口及人機(jī)交互產(chǎn)業(yè)攻堅突破行動計劃（2025—2030年）》，目標(biāo)2030年產(chǎn)品實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用，開展侵入式腦機(jī)接口手術(shù)3000例/年。

政策的大力支持為腦機(jī)芯片的發(fā)展注入了強(qiáng)大動力。一方面，政策引導(dǎo)了大量的資金投入到腦機(jī)接口芯片的研發(fā)領(lǐng)域，為科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供了充足的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，有助于開展前沿技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。另一方面，政策的出臺吸引了更多的人才投身于腦機(jī)接口芯片的研發(fā)工作，促進(jìn)了跨學(xué)科人才的交流與合作。腦機(jī)接口芯片的研發(fā)涉及到神經(jīng)科學(xué)、電子工程、計算機(jī)科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，需要大量具備跨學(xué)科知識和技能的人才。政策的激勵作用使得更多優(yōu)秀人才匯聚到這一領(lǐng)域，為腦機(jī)芯片的創(chuàng)新發(fā)展提供了智力支持。

國產(chǎn)腦機(jī)接口芯片實現(xiàn)新突破

盡管我國在半侵入式和侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上起步相對較晚，但近年來，憑借著科研人員的不懈努力和創(chuàng)新精神，取得了令人矚目的發(fā)展成果，多個腦機(jī)接口技術(shù)團(tuán)隊成功實現(xiàn)了新的突破，尤其是在國產(chǎn)腦機(jī)接口芯片領(lǐng)域，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的實力和潛力。

今年四月份，海南大學(xué)正式發(fā)布了自主研發(fā)的植入式腦機(jī)接口（BCI）核心技術(shù)與系列產(chǎn)品，在全球范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。該系列產(chǎn)品包括三大核心芯片：SX-R128S4高通量神經(jīng)信號采集芯片、SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片和SX-WD60低功耗無線傳輸芯片。

其中，SX-R128S4高通量神經(jīng)信號采集及刺激芯片具備高通量采集和刺激功能，其128通道的設(shè)計使其在通道數(shù)上達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，是目前商用神經(jīng)信號采集芯片通道數(shù)的兩倍之多，能夠更全面、精準(zhǔn)地采集神經(jīng)信號。同時，該芯片在性能提升的同時，功耗降低了80%以上，體積縮小了50%，極大地提高了芯片的能效比和便攜性。SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片支持32通道獨立設(shè)置刺激參數(shù)，通過仿生脈沖波形設(shè)計，可實現(xiàn)對特定神經(jīng)通路的精準(zhǔn)調(diào)控，為帕金森病、癲癇等神經(jīng)疾病治療提供新方案。SX-WD60低功耗無線傳輸芯片結(jié)合神經(jīng)元定位系統(tǒng)，在微米級精度定位神經(jīng)靶點的同時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸與設(shè)備遠(yuǎn)程供電，整體功耗較國際同類產(chǎn)品降低40%，顯著延長植入設(shè)備使用壽命。

此外，作為北京科研工作者自主研發(fā)的智能腦機(jī)系統(tǒng)，“北腦一號”也取得了重要進(jìn)展。近期，“北腦一號”在北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，完成了國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入。患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)達(dá)到98%以上。通過使用“北腦一號”智能腦機(jī)系統(tǒng)，癱瘓患者能夠隔空操控計算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運(yùn)動功能逐漸康復(fù)。這一成果展示了我國在半侵入式腦機(jī)接口技術(shù)及芯片應(yīng)用方面的領(lǐng)先水平，為癱瘓患者等特殊群體帶來了新的希望。

腦機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)化落地開始

2025年6月，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)迎來歷史性轉(zhuǎn)折點——美國FDA全面批準(zhǔn)Neuralink植入式設(shè)備進(jìn)入商業(yè)市場。消息公布后，相關(guān)概念股單日平均漲幅超過15%，腦機(jī)接口領(lǐng)域融資額季度環(huán)比激增200%。

此外，2025年3月腦機(jī)接口技術(shù)首次被國家醫(yī)保局設(shè)立為獨立收費(fèi)項目，隨后湖北省醫(yī)保局發(fā)布全國首個腦機(jī)接口醫(yī)療服務(wù)價格。這也意味著，腦機(jī)芯片正式開啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

從半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需求來看，腦機(jī)接口芯片的發(fā)展為半導(dǎo)體行業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在芯片設(shè)計方面，需要開發(fā)專門針對腦機(jī)接口應(yīng)用的定制化芯片，集成信號采集、處理、傳輸?shù)榷喾N功能，實現(xiàn)高度的系統(tǒng)集成。這要求半導(dǎo)體設(shè)計企業(yè)深入了解腦機(jī)接口的技術(shù)需求和應(yīng)用場景，投入更多的研發(fā)資源進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。在制造工藝上，為了滿足腦機(jī)接口芯片對高靈敏度、低功耗、微型化的要求，需要采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝，如更先進(jìn)的光刻技術(shù)、三維集成技術(shù)等，以提高芯片的性能和集成度，減小芯片的尺寸和功耗。同時，封裝技術(shù)也至關(guān)重要，需要開發(fā)能夠適應(yīng)生物體內(nèi)環(huán)境、具有良好生物相容性的封裝材料和技術(shù)，保護(hù)芯片免受生物體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，確保芯片的長期穩(wěn)定性和可靠性。

此外，腦機(jī)接口芯片的大規(guī)模應(yīng)用還需要半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)建立完善的產(chǎn)業(yè)鏈配套體系。從芯片設(shè)計、制造、封裝測試到終端應(yīng)用，各個環(huán)節(jié)需要緊密協(xié)作，形成高效的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。這將促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備、人工智能等多個領(lǐng)域的深度融合，推動跨學(xué)科技術(shù)創(chuàng)新，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開辟新的市場空間和發(fā)展方向。