發(fā)布時間：2025-12-08
◇就侵入式腦機(jī)接口技術(shù)而言，其將神經(jīng)元“翻譯”成比特，涉及采集硬件、解碼技術(shù)、安全驗證等三大主要科研關(guān)卡
◇我國腦機(jī)接口技術(shù)能在短時間內(nèi)躋身全球一線，并非單一技術(shù)的勝利，而得益于集頂層設(shè)計、醫(yī)工協(xié)同于一體的生態(tài)支持
科研人員在中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心微納電子加工平臺實驗室內(nèi)工作（2025 年 6 月 3 日攝） 方喆攝
在接受植入手術(shù)近9個月后，我國首例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗參與者狀態(tài)良好，四肢截肢的他憑“意念”能控制電腦，完成發(fā)微信、打游戲等操作。
2025年3月，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院（下稱華山醫(yī)院）等團(tuán)隊，成功開展我國首例侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗，標(biāo)志著中國在侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上，成為繼美國之后全球第二個進(jìn)入臨床試驗階段的國家。
據(jù)中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)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(guān)領(lǐng)域?qū)＜引R聚一堂，共同分析國內(nèi)在腦機(jī)接口技術(shù)上的短板，得到的答案不太樂觀——從電極生產(chǎn)到醫(yī)療應(yīng)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(jī)構(gòu)和醫(yī)院嘗試突破哪些科研命門？腦機(jī)接口技術(shù)又為何讓這些一流團(tuán)隊孜孜以求？
近日，本刊記者深度采訪研發(fā)該腦機(jī)接口系統(tǒng)的中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心科研團(tuán)隊和實施手術(shù)的華山醫(yī)院醫(yī)護(hù)團(tuán)隊，還原這項前沿技術(shù)實現(xiàn)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(dǎo)致四肢截肢的男性。
手術(shù)當(dāng)天，華山醫(yī)院神經(jīng)外科教授吳勁松/路俊鋒團(tuán)隊借助高精度導(dǎo)航系統(tǒng)，在試驗參與者清醒狀態(tài)（清醒麻醉手術(shù)）下，將中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心趙鄭拓研究組和李雪研究組團(tuán)隊開發(fā)的柔性電極緩慢植入其大腦運動皮層指定區(qū)，術(shù)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(zhǔn)確。
記者在采訪中看到，植入體像是帶有兩條柔性細(xì)絲的硬幣。路俊鋒告訴記者，細(xì)絲是用于采集神經(jīng)信號的柔性電極，硬幣則是封裝好的信號處理芯片。
他進(jìn)一步介紹說，該手術(shù)采用神經(jīng)外科微創(chuàng)術(shù)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(shù)成功，路俊鋒團(tuán)隊在手術(shù)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(yī)院神經(jīng)外科在腦功能定位和保護(hù)方面的技術(shù)積累，路俊鋒團(tuán)隊還在手術(shù)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(gòu)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(xì)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(fā)團(tuán)隊將外部設(shè)備集成在這頂“帽子”中，“帽子”內(nèi)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(fù)雜線纜即可自動連接系統(tǒng)，極大提升了日常使用的便捷性。
據(jù)了解，團(tuán)隊基于成熟的外科技術(shù)，構(gòu)建了侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)植入的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，為未來規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
記者從中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該系統(tǒng)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(shù)，幫助完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側(cè)索硬化癥（漸凍癥）患者群體突破性改善生存質(zhì)量。
“鉆”進(jìn)大腦“聽”神經(jīng)
侵入式腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)臨床試驗突破，但業(yè)界和公眾仍有疑慮：一定要將設(shè)備植入大腦內(nèi)部嗎？通過佩戴在頭皮上的非侵入式設(shè)備，無法實現(xiàn)類似功能嗎？
這樣的技術(shù)路線之爭，在全球腦機(jī)接口領(lǐng)域從未停歇。兩種路線的核心分歧，正在于設(shè)備與大腦的“親密”程度——是通過植入方式實現(xiàn)神經(jīng)信號的精準(zhǔn)捕捉，還是以非侵入方式平衡安全性與信號質(zhì)量，不同選擇背后對應(yīng)著不同的技術(shù)訴求與應(yīng)用場景。
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員趙鄭拓告訴記者，人類大腦有近千億個神經(jīng)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(jīng)元就像分布在體育館六層看臺上的觀眾，每個區(qū)域的觀眾通過發(fā)出不同的聲音執(zhí)行不同的功能。
非侵入式技術(shù)，類似于在體育館外聽館內(nèi)的聲音；半侵入式技術(shù)，相當(dāng)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(shù)，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(zhǔn)確的信號。
李雪表示，侵入式技術(shù)的優(yōu)勢是能獲取單神經(jīng)元級別的高質(zhì)量信號，進(jìn)而實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的腦控功能。侵入式技術(shù)的不足在于：一方面，人腦神經(jīng)元數(shù)量龐大，侵入式技術(shù)無法記錄所有神經(jīng)元，這一客觀限制決定了手術(shù)必須將有限的電極精準(zhǔn)植入到執(zhí)行特定功能的關(guān)鍵區(qū)域，以確保技術(shù)有效；另一方面，侵入性操作勢必帶來一定的創(chuàng)傷與風(fēng)險，因此，該技術(shù)的試驗參與者目前通常限定為因重大疾病或意外導(dǎo)致喪失行動能力、且經(jīng)評估適合接受侵入性手術(shù)的患者。
埃隆·馬斯克創(chuàng)立的Neuralink公司是腦機(jī)接口領(lǐng)域最知名的機(jī)構(gòu)，也采用侵入式技術(shù)。據(jù)了解，Neuralink已將其設(shè)備植入多名患者體內(nèi)，并展示了患者通過意念下棋、玩游戲的案例。但其電極技術(shù)在柔性和尺寸上存在一定局限，且設(shè)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(tuán)隊此次臨床試驗展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。植入設(shè)備以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)感染和電極失效情況。試驗參與者僅用2至3周訓(xùn)練，便能通過設(shè)備實現(xiàn)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(tuán)隊表示，下一個目標(biāo)是讓試驗參與者使用機(jī)械臂完成抓握、拿杯子等實際生活操作，并進(jìn)一步控制機(jī)器狗、智能輪椅、具身智能機(jī)器人等復(fù)雜外設(shè)，拓展試驗參與者生活邊界。
如何將神經(jīng)元“翻譯”成比特
無論侵入式、半侵入式還是非侵入式技術(shù)路線，腦機(jī)接口技術(shù)的目標(biāo)都是跨越神經(jīng)信號捕捉—解析—轉(zhuǎn)化的天塹，將大腦神經(jīng)元微弱的電信號，準(zhǔn)確、實時地“翻譯”成電腦可以理解的指令。
這也是腦機(jī)接口技術(shù)面臨的核心挑戰(zhàn)。
不同技術(shù)路線的探索，本質(zhì)上都是在為破解這一挑戰(zhàn)尋找適配路徑：侵入式技術(shù)通過近距離捕捉單神經(jīng)元信號，降低“翻譯”的干擾成本；非侵入式、半侵入式技術(shù)則需攻克信號衰減、噪聲過濾等難題，提升“翻譯”的準(zhǔn)確性。
就侵入式腦機(jī)接口技術(shù)而言，其將神經(jīng)元“翻譯”成比特，涉及采集硬件、解碼技術(shù)、安全驗證等三大主要科研關(guān)卡。
關(guān)卡一：采集硬件——以超柔性電極破解高質(zhì)量信號采集難題。
信號采集是侵入式腦機(jī)接口技術(shù)落地的首要環(huán)節(jié)，其瓶頸在于如何實現(xiàn)長時間、大范圍高質(zhì)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(tuán)隊的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，是國內(nèi)唯一獲得注冊型檢驗報告且可以長期穩(wěn)定采集到單神經(jīng)元信號的腦機(jī)接口系統(tǒng)，其毫秒級、神經(jīng)元水平的神經(jīng)信號捕獲特性為應(yīng)用提供了良好的神經(jīng)電信號數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
在手術(shù)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(chǎn)品的1/2。同時，其柔性電極尺寸極小，截面積僅為Neuralink產(chǎn)品所使用電極的1/7到1/5，柔性超過Neuralink產(chǎn)品百倍。
相關(guān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人告訴記者，該設(shè)備具備高密度、大范圍、高通量、長時間穩(wěn)定在體神經(jīng)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(wěn)定記錄驗證。使用這一設(shè)備，腦細(xì)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(guān)卡二：解碼技術(shù)——依托高適應(yīng)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(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。腦機(jī)接口系統(tǒng)需要在十幾毫秒窗口期內(nèi)完成神經(jīng)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(tǒng)的靜態(tài)解碼器，該團(tuán)隊亮點在于通過在線學(xué)習(xí)框架實現(xiàn)解碼器的動態(tài)優(yōu)化，相當(dāng)于賦予解碼器“自學(xué)能力”。當(dāng)大腦反復(fù)使用某一路徑（如想象移動光標(biāo)來控制設(shè)備）來達(dá)成目標(biāo)時，相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路會得到強(qiáng)化。負(fù)責(zé)產(chǎn)生有效信號的神經(jīng)元之間，突觸連接會增強(qiáng)、增多，形成更高效的“專線”。解碼器能根據(jù)大腦信號的變化，實時調(diào)整自己的“解碼準(zhǔn)則”，與大腦的變化同步成長、互相適應(yīng)，解決長期以來腦機(jī)接口信號不穩(wěn)定、久用容易失靈的問題。
比如，當(dāng)試驗參與者“想”移動電腦屏幕上的光標(biāo)時，大腦神經(jīng)元會產(chǎn)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?shù)皆囼瀰⑴c者頭上佩戴的特制“帽子”中。“帽子”里集成的無線設(shè)備不僅為系統(tǒng)供電，還將信號傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，經(jīng)過智能算法處理后，將神經(jīng)活動模式轉(zhuǎn)化為機(jī)器可執(zhí)行的指令。
“這個過程有點像學(xué)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(xí)逐漸變得自然流暢。”趙鄭拓補(bǔ)充說，在試驗參與者漸漸適應(yīng)系統(tǒng)的同時，系統(tǒng)也會不斷適應(yīng)試驗參與者的思維習(xí)慣。“就像兩個人逐漸學(xué)會彼此的交流方式，隨著雙方的適應(yīng)和學(xué)習(xí)，這種‘對話’會變得越來越流暢。”
關(guān)卡三：安全驗證——經(jīng)動物實驗驗證侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和升級可行性，為人體應(yīng)用筑牢安全根基。
安全性是所有技術(shù)應(yīng)用的基石，侵入式腦機(jī)接口這類高風(fēng)險技術(shù)更不例外。
依托中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類研究平臺，該侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)在開展人體試驗前，其安全性和功能性已經(jīng)在獼猴中得到驗證。
團(tuán)隊介紹，侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)被植入到獼猴運動皮層的手部和手臂功能區(qū)，植入手術(shù)順利完成后系統(tǒng)持續(xù)運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)感染和電極失效的情況。并且獼猴經(jīng)過訓(xùn)練，可成功實現(xiàn)僅憑神經(jīng)活動即能敏捷且精準(zhǔn)控制計算機(jī)光標(biāo)運動，在此基礎(chǔ)上，還實現(xiàn)了目標(biāo)引導(dǎo)下的腦控打字。
在平穩(wěn)運行一段時間后，獼猴的植入體被手術(shù)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(shù)后，該系統(tǒng)持續(xù)運行穩(wěn)定，同樣未出現(xiàn)感染和電極失效的情況，獼猴可快速適應(yīng)新系統(tǒng)并流暢實現(xiàn)腦控光標(biāo)。“二次植入手術(shù)的順利完成，驗證了植入體通過二次手術(shù)升級換代的可行性。”團(tuán)隊相關(guān)負(fù)責(zé)人說。
這意味著，中國的侵入式腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)在采集硬件、解碼技術(shù)和安全驗證三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)系統(tǒng)性突破。未來，技術(shù)迭代還需聚焦實時響應(yīng)能力、抗干擾性能、長期穩(wěn)定運行等重要“翻譯”指標(biāo)持續(xù)進(jìn)化。
生態(tài)支持達(dá)成亮眼“沖刺”
侵入式腦機(jī)接口核心技術(shù)的系統(tǒng)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(guān)注的是驅(qū)動突破、支撐突破的深層力量。
業(yè)內(nèi)人士告訴記者，我國腦機(jī)接口技術(shù)能在短時間內(nèi)躋身全球一線，并非單一技術(shù)的勝利，而得益于集頂層設(shè)計、醫(yī)工協(xié)同于一體的生態(tài)支持。
一方面，頂層設(shè)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(chuàng)新2030-“腦科學(xué)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(rèn)知原理解析、腦疾病診治、腦機(jī)智能技術(shù)三大領(lǐng)域布局，為腦機(jī)接口基礎(chǔ)研究提供了持續(xù)支持。
在地方層面，以上海為例，市級科技重大專項“腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)與核心器件”、市科委戰(zhàn)略前沿腦機(jī)接口專項項目、市衛(wèi)生健康委和市教委等相關(guān)項目協(xié)同支持，形成了從國家到地方的立體化支持網(wǎng)絡(luò)。
這種系統(tǒng)化布局不僅在于條塊支持，也體現(xiàn)在研究方向的有機(jī)結(jié)合。“中國腦計劃”在腦機(jī)智能技術(shù)領(lǐng)域有兩個重點布局方向，就是腦機(jī)接口和類腦智能。在腦研究的基礎(chǔ)領(lǐng)域也布局了“介觀腦神經(jīng)聯(lián)接圖譜”項目，從神經(jīng)元的尺度解碼大腦神經(jīng)細(xì)胞的種類和分布、神經(jīng)聯(lián)接和其功能，為腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展提供大腦神經(jīng)聯(lián)接的基礎(chǔ)信息。
今年，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院、華大生命科學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合多國科學(xué)家，推出10項“腦圖譜”系列成果，細(xì)胞出版社7月以專題論文集的形式集中發(fā)布，標(biāo)志著我國牽頭的“腦圖譜”研究實現(xiàn)了從嚙齒類向靈長類的跨越。
另一方面，醫(yī)工協(xié)同共建創(chuàng)新生態(tài)。
過去一年，僅華山醫(yī)院就與國內(nèi)近10家頂尖的腦機(jī)接口創(chuàng)新企業(yè)合作，完成了數(shù)十次臨床試驗手術(shù)。目標(biāo)是自主研發(fā)腦功能定位導(dǎo)航技術(shù)，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(shù)據(jù)聯(lián)盟”，希望匯聚高質(zhì)量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出腦科學(xué)領(lǐng)域的ChatGPT模型；針對不同成熟度的腦機(jī)接口產(chǎn)品制定臨床試驗應(yīng)用“三步走”方案；發(fā)起“腦機(jī)接口臨床試驗與轉(zhuǎn)化創(chuàng)新聯(lián)合體”，首批有20多家成員單位加盟……作為國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心建設(shè)的主體單位之一，華山醫(yī)院正在構(gòu)建“臨床引領(lǐng)—技術(shù)突破—產(chǎn)業(yè)落地”一條鏈的生態(tài)系統(tǒng)。
頂尖醫(yī)院牽引是生態(tài)繁榮的一個縮影。上海已開展腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)性布局，積極打通優(yōu)質(zhì)科研資源、臨床機(jī)構(gòu)等上下游，培育產(chǎn)學(xué)研醫(yī)深度融合的創(chuàng)新生態(tài)。2025年1月，《上海市腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)培育行動方案（2025—2030年）》發(fā)布，進(jìn)一步加速產(chǎn)品研發(fā)與臨床試驗。2025年6月，上海啟動建設(shè)“腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)”，腦機(jī)接口概念驗證平臺、全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽腦機(jī)接口錦標(biāo)賽、腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟長三角產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)基金矩陣等舉措同步發(fā)布。
上海市科委介紹，腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)選址上海新虹橋國際醫(yī)學(xué)中心，旨在發(fā)揮區(qū)域科研基礎(chǔ)扎實、臨床資源豐富、產(chǎn)業(yè)資源顯著的優(yōu)勢，以集聚區(qū)為核心，形成“技術(shù)突破—產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化—場景落地”的集聚效應(yīng)。未來，集聚區(qū)將加大創(chuàng)新企業(yè)引育力度，加快共性技術(shù)平臺建設(shè)，拓展腦機(jī)接口創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化生態(tài)，提升區(qū)域空間創(chuàng)新濃度，加快形成腦機(jī)接口未來產(chǎn)業(yè)的“核爆點”。
從實驗室、手術(shù)臺走向產(chǎn)業(yè)化，腦機(jī)接口正不斷拓寬思維的邊界。它不僅為患者帶來修復(fù)的希望，更將一個智能時代人機(jī)關(guān)系無限可能的未來緩緩照進(jìn)現(xiàn)實。
來源?新華社記者董雪?2025年12月8日
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