就侵入式腦機接口技術而言，其將神經元“翻譯”成比特，涉及采集硬件、解碼技術、安全驗證等三大主要科研關卡

　　我國腦機接口技術能在短時間內躋身全球一線，并非單一技術的勝利，而得益于集頂層設計、醫工協同于一體的生態支持

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 董雪

　　在接受植入手術近9個月后，我國首例侵入式腦機接口臨床試驗參與者狀態良好，四肢截肢的他憑“意念”能控制電腦，完成發微信、打游戲等操作。

　　2025年3月，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心聯合復旦大學附屬華山醫院（下稱華山醫院）等團隊，成功開展我國首例侵入式腦機接口的前瞻性臨床試驗，標志著中國在侵入式腦機接口技術上，成為繼美國之后全球第二個進入臨床試驗階段的國家。

　　據中國科學院院士、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心學術主任蒲慕明透露，早在5年前，他就曾組織過一次全國范圍的深入研討，相關領域專家齊聚一堂，共同分析國內在腦機接口技術上的短板，得到的答案不太樂觀——從電極生產到醫療應用需要全面追趕。

　　從“全面追趕”到臨床試驗落地，5年間中國頂尖科研機構和醫院嘗試突破哪些科研命門？腦機接口技術又為何讓這些一流團隊孜孜以求？

　　近日，本刊記者深度采訪研發該腦機接口系統的中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心科研團隊和實施手術的華山醫院醫護團隊，還原這項前沿技術實現突破的歷程。

　　把電極植入大腦

　　該試驗參與者是一位因高壓電事故導致四肢截肢的男性。

　　手術當天，華山醫院神經外科教授吳勁松/路俊鋒團隊借助高精度導航系統，在試驗參與者清醒狀態（清醒麻醉手術）下，將中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心趙鄭拓研究組和李雪研究組團隊開發的柔性電極緩慢植入其大腦運動皮層指定區，術中即刻記錄想象手部運動時的電活動，以確保植入位置定位準確。

　　記者在采訪中看到，植入體像是帶有兩條柔性細絲的硬幣。路俊鋒告訴記者，細絲是用于采集神經信號的柔性電極，硬幣則是封裝好的信號處理芯片。

　　他進一步介紹說，該手術采用神經外科微創術式，需要在大腦運動皮層上方的顱骨上“打薄”出一塊硬幣大小的凹槽，用來鑲嵌封裝好的信號處理芯片，再在凹槽中開5毫米的顱骨穿刺孔以植入電極。

　　為確保手術成功，路俊鋒團隊在手術前的半年時間里完成了超過20次模擬植入演練。

　　此外，依托華山醫院神經外科在腦功能定位和保護方面的技術積累，路俊鋒團隊還在手術前制定了采用功能性核磁成像定位、人腦圖譜繪制定位、試驗參與者專屬三維模型構建等多種腦功能定位方案，繪制出試驗參與者大腦運動皮層的詳細功能地圖，確保植入位置毫厘不差。

　　植入完成后，試驗參與者戴上一頂“帽子”。研發團隊將外部設備集成在這頂“帽子”中，“帽子”內部裝有無線供電器和信號接收器，能與植入體對位并高效耦合。植入芯片電極與“帽子”無需復雜線纜即可自動連接系統，極大提升了日常使用的便捷性。

　　據了解，團隊基于成熟的外科技術，構建了侵入式腦機接口系統植入的標準化操作流程，為未來規模化應用奠定基礎。

　　記者從中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心獲悉，該系統有望于2028年獲批注冊上市，上市后有望通過運動功能替代技術，幫助完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側索硬化癥（漸凍癥）患者群體突破性改善生存質量。

科研人員在中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心微納電子加工平臺實驗室內工作（2025 年 6 月 3 日攝） 方喆攝 / 本刊

　　“鉆”進大腦“聽”神經

　　侵入式腦機接口技術已經實現臨床試驗突破，但業界和公眾仍有疑慮：一定要將設備植入大腦內部嗎？通過佩戴在頭皮上的非侵入式設備，無法實現類似功能嗎？

　　這樣的技術路線之爭，在全球腦機接口領域從未停歇。兩種路線的核心分歧，正在于設備與大腦的“親密”程度——是通過植入方式實現神經信號的精準捕捉，還是以非侵入方式平衡安全性與信號質量，不同選擇背后對應著不同的技術訴求與應用場景。

　　中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員趙鄭拓告訴記者，人類大腦有近千億個神經元，大腦皮層共有六層。如果把大腦比作一座密閉的體育館，近千億個神經元就像分布在體育館六層看臺上的觀眾，每個區域的觀眾通過發出不同的聲音執行不同的功能。

　　非侵入式技術，類似于在體育館外聽館內的聲音；半侵入式技術，相當于在看臺頂部放大量話筒，能捕捉到更多相對清晰的聲音；侵入式技術，則更像把許多話筒放到每位觀眾面前，近距離“傾聽”附近每個觀眾的聲音，獲取更清晰、更準確的信號。

　　李雪表示，侵入式技術的優勢是能獲取單神經元級別的高質量信號，進而實現更加精準的腦控功能。侵入式技術的不足在于：一方面，人腦神經元數量龐大，侵入式技術無法記錄所有神經元，這一客觀限制決定了手術必須將有限的電極精準植入到執行特定功能的關鍵區域，以確保技術有效；另一方面，侵入性操作勢必帶來一定的創傷與風險，因此，該技術的試驗參與者目前通常限定為因重大疾病或意外導致喪失行動能力、且經評估適合接受侵入性手術的患者。

　　埃隆·馬斯克創立的Neuralink公司是腦機接口領域最知名的機構，也采用侵入式技術。據了解，Neuralink已將其設備植入多名患者體內，并展示了患者通過意念下棋、玩游戲的案例。但其電極技術在柔性和尺寸上存在一定局限，且設備體積相對較大，需要移除部分頭骨才能植入。

　　與Neuralink相比，中國團隊此次臨床試驗展現出獨特優勢。植入設備以來，系統運行穩定，未出現感染和電極失效情況。試驗參與者僅用2至3周訓練，便能通過設備實現下象棋、玩賽車游戲等功能，其控制水平與普通人控制電腦觸摸板相近。

　　團隊表示，下一個目標是讓試驗參與者使用機械臂完成抓握、拿杯子等實際生活操作，并進一步控制機器狗、智能輪椅、具身智能機器人等復雜外設，拓展試驗參與者生活邊界。

　　如何將神經元“翻譯”成比特

　　無論侵入式、半侵入式還是非侵入式技術路線，腦機接口技術的目標都是跨越神經信號捕捉—解析—轉化的天塹，將大腦神經元微弱的電信號，準確、實時地“翻譯”成電腦可以理解的指令。

　　這也是腦機接口技術面臨的核心挑戰。

　　不同技術路線的探索，本質上都是在為破解這一挑戰尋找適配路徑：侵入式技術通過近距離捕捉單神經元信號，降低“翻譯”的干擾成本；非侵入式、半侵入式技術則需攻克信號衰減、噪聲過濾等難題，提升“翻譯”的準確性。

　　就侵入式腦機接口技術而言，其將神經元“翻譯”成比特，涉及采集硬件、解碼技術、安全驗證等三大主要科研關卡。

　　關卡一：采集硬件——以超柔性電極破解高質量信號采集難題。

　　信號采集是侵入式腦機接口技術落地的首要環節，其瓶頸在于如何實現長時間、大范圍高質量信號采集的同時，不損傷腦組織。

　　記者采訪了解到，趙鄭拓和李雪團隊的侵入式腦機接口系統，是國內唯一獲得注冊型檢驗報告且可以長期穩定采集到單神經元信號的腦機接口系統，其毫秒級、神經元水平的神經信號捕獲特性為應用提供了良好的神經電信號數據基礎。

　　在手術友好度方面，該信號處理芯片直徑26mm、厚度不到6mm，是全球最小尺寸的腦控植入體，為Neuralink產品的1/2。同時，其柔性電極尺寸極小，截面積僅為Neuralink產品所使用電極的1/7到1/5，柔性超過Neuralink產品百倍。

　　相關團隊負責人告訴記者，該設備具備高密度、大范圍、高通量、長時間穩定在體神經信號的采集能力，已相繼完成在嚙齒類、非人靈長類和人腦中長期植入和穩定記錄驗證。使用這一設備，腦細胞幾乎“意識”不到旁邊有異物，最大程度降低了對腦組織的損傷。

　　關卡二：解碼技術——依托高適應性、低延時的實時在線算法，搭建大腦與電腦“翻譯”“對話”的橋梁。

　　趙鄭拓介紹，實時在線解碼是腦機接口技術的關鍵環節。腦機接口系統需要在十幾毫秒窗口期內完成神經信號的特征提取、運動意圖解析及控制指令生成全流程。

　　相比傳統的靜態解碼器，該團隊亮點在于通過在線學習框架實現解碼器的動態優化，相當于賦予解碼器“自學能力”。當大腦反復使用某一路徑（如想象移動光標來控制設備）來達成目標時，相關的神經環路會得到強化。負責產生有效信號的神經元之間，突觸連接會增強、增多，形成更高效的“專線”。解碼器能根據大腦信號的變化，實時調整自己的“解碼準則”，與大腦的變化同步成長、互相適應，解決長期以來腦機接口信號不穩定、久用容易失靈的問題。

　　比如，當試驗參與者“想”移動電腦屏幕上的光標時，大腦神經元會產生特定的電活動模式。柔性電極捕捉到這些微弱的電信號后，通過植入在頭骨下的信號處理芯片，將其傳輸到試驗參與者頭上佩戴的特制“帽子”中。“帽子”里集成的無線設備不僅為系統供電，還將信號傳輸到計算機，經過智能算法處理后，將神經活動模式轉化為機器可執行的指令。

　　“這個過程有點像學騎自行車，試驗參與者一開始需要刻意思考每個動作，隨著練習逐漸變得自然流暢。”趙鄭拓補充說，在試驗參與者漸漸適應系統的同時，系統也會不斷適應試驗參與者的思維習慣。“就像兩個人逐漸學會彼此的交流方式，隨著雙方的適應和學習，這種‘對話’會變得越來越流暢。”

　　關卡三：安全驗證——經動物實驗驗證侵入式腦機接口系統的長期穩定性和升級可行性，為人體應用筑牢安全根基。

　　安全性是所有技術應用的基石，侵入式腦機接口這類高風險技術更不例外。

　　依托中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心的非人靈長類研究平臺，該侵入式腦機接口系統在開展人體試驗前，其安全性和功能性已經在獼猴中得到驗證。

　　團隊介紹，侵入式腦機接口系統被植入到獼猴運動皮層的手部和手臂功能區，植入手術順利完成后系統持續運行穩定，未出現感染和電極失效的情況。并且獼猴經過訓練，可成功實現僅憑神經活動即能敏捷且精準控制計算機光標運動，在此基礎上，還實現了目標引導下的腦控打字。

　　在平穩運行一段時間后，獼猴的植入體被手術安全取出，并更換新植入體在同一個顱骨開孔位置完成二次植入。二次植入術后，該系統持續運行穩定，同樣未出現感染和電極失效的情況，獼猴可快速適應新系統并流暢實現腦控光標。“二次植入手術的順利完成，驗證了植入體通過二次手術升級換代的可行性。”團隊相關負責人說。

　　這意味著，中國的侵入式腦機接口技術已經在采集硬件、解碼技術和安全驗證三大關鍵環節實現系統性突破。未來，技術迭代還需聚焦實時響應能力、抗干擾性能、長期穩定運行等重要“翻譯”指標持續進化。

　　生態支持達成亮眼“沖刺”

　　侵入式腦機接口核心技術的系統性突破，無疑是中國科技力量一次亮眼的“沖刺”。突破固然可喜，但更值得關注的是驅動突破、支撐突破的深層力量。

　　業內人士告訴記者，我國腦機接口技術能在短時間內躋身全球一線，并非單一技術的勝利，而得益于集頂層設計、醫工協同于一體的生態支持。

　　一方面，頂層設計與地方支持形成合力。

　　蒲慕明介紹，在國家層面，2021年啟動《科技創新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目》（通稱“中國腦計劃”），明確“十四五”期間圍繞腦認知原理解析、腦疾病診治、腦機智能技術三大領域布局，為腦機接口基礎研究提供了持續支持。

　　在地方層面，以上海為例，市級科技重大專項“腦機接口關鍵技術與核心器件”、市科委戰略前沿腦機接口專項項目、市衛生健康委和市教委等相關項目協同支持，形成了從國家到地方的立體化支持網絡。

　　這種系統化布局不僅在于條塊支持，也體現在研究方向的有機結合。“中國腦計劃”在腦機智能技術領域有兩個重點布局方向，就是腦機接口和類腦智能。在腦研究的基礎領域也布局了“介觀腦神經聯接圖譜”項目，從神經元的尺度解碼大腦神經細胞的種類和分布、神經聯接和其功能，為腦機接口技術發展提供大腦神經聯接的基礎信息。

　　今年，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、華中科技大學蘇州腦空間信息研究院、華大生命科學研究院等機構聯合多國科學家，推出10項“腦圖譜”系列成果，細胞出版社7月以專題論文集的形式集中發布，標志著我國牽頭的“腦圖譜”研究實現了從嚙齒類向靈長類的跨越。

　　另一方面，醫工協同共建創新生態。

　　過去一年，僅華山醫院就與國內近10家頂尖的腦機接口創新企業合作，完成了數十次臨床試驗手術。目標是自主研發腦功能定位導航技術，能把開顱、尋找植入點的時間，從原來的幾個小時壓縮到3分鐘；牽頭建立“iBRAIN侵入式腦電數據聯盟”，希望匯聚高質量數據，訓練出腦科學領域的ChatGPT模型；針對不同成熟度的腦機接口產品制定臨床試驗應用“三步走”方案；發起“腦機接口臨床試驗與轉化創新聯合體”，首批有20多家成員單位加盟……作為國家神經疾病醫學中心建設的主體單位之一，華山醫院正在構建“臨床引領—技術突破—產業落地”一條鏈的生態系統。

　　頂尖醫院牽引是生態繁榮的一個縮影。上海已開展腦機接口關鍵技術的系統性布局，積極打通優質科研資源、臨床機構等上下游，培育產學研醫深度融合的創新生態。2025年1月，《上海市腦機接口未來產業培育行動方案（2025—2030年）》發布，進一步加速產品研發與臨床試驗。2025年6月，上海啟動建設“腦機接口未來產業集聚區”，腦機接口概念驗證平臺、全國顛覆性技術創新大賽腦機接口錦標賽、腦機接口產業聯盟長三角產業創新中心、腦機接口未來產業基金矩陣等舉措同步發布。

　　上海市科委介紹，腦機接口未來產業集聚區選址上海新虹橋國際醫學中心，旨在發揮區域科研基礎扎實、臨床資源豐富、產業資源顯著的優勢，以集聚區為核心，形成“技術突破—產業轉化—場景落地”的集聚效應。未來，集聚區將加大創新企業引育力度，加快共性技術平臺建設，拓展腦機接口創新應用和產業化生態，提升區域空間創新濃度，加快形成腦機接口未來產業的“核爆點”。

　　從實驗室、手術臺走向產業化，腦機接口正不斷拓寬思維的邊界。它不僅為患者帶來修復的希望，更將一個智能時代人機關系無限可能的未來緩緩照進現實。■