就侵入式脑机接口技术而言，其将神经元“翻译”成比特，涉及采集硬件、解码技术、安全验证等三大主要科研关卡

　　我国脑机接口技术能在短时间内跻身全球一线，并非单一技术的胜利，而得益于集顶层设计、医工协同于一体的生态支持

　　文 |《瞭望》新闻周刊记者 董雪

　　在接受植入手术近9个月后，我国首例侵入式脑机接口临床试验参与者状态良好，四肢截肢的他凭“意念”能控制电脑，完成发微信、打游戏等操作。

　　2025年3月，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合复旦大学附属华山医院（下称华山医院）等团队，成功开展我国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验，标志着中国在侵入式脑机接口技术上，成为继美国之后全球第二个进入临床试验阶段的国家。

　　据中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明透露，早在5年前，他就曾组织过一次全国范围的深入研讨，相关领域专家齐聚一堂，共同分析国内在脑机接口技术上的短板，得到的答案不太乐观——从电极生产到医疗应用需要全面追赶。

　　从“全面追赶”到临床试验落地，5年间中国顶尖科研机构和医院尝试突破哪些科研命门？脑机接口技术又为何让这些一流团队孜孜以求？

　　近日，本刊记者深度采访研发该脑机接口系统的中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心科研团队和实施手术的华山医院医护团队，还原这项前沿技术实现突破的历程。

　　把电极植入大脑

　　该试验参与者是一位因高压电事故导致四肢截肢的男性。

　　手术当天，华山医院神经外科教授吴劲松/路俊锋团队借助高精度导航系统，在试验参与者清醒状态（清醒麻醉手术）下，将中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心赵郑拓研究组和李雪研究组团队开发的柔性电极缓慢植入其大脑运动皮层指定区，术中即刻记录想象手部运动时的电活动，以确保植入位置定位准确。

　　记者在采访中看到，植入体像是带有两条柔性细丝的硬币。路俊锋告诉记者，细丝是用于采集神经信号的柔性电极，硬币则是封装好的信号处理芯片。

　　他进一步介绍说，该手术采用神经外科微创术式，需要在大脑运动皮层上方的颅骨上“打薄”出一块硬币大小的凹槽，用来镶嵌封装好的信号处理芯片，再在凹槽中开5毫米的颅骨穿刺孔以植入电极。

　　为确保手术成功，路俊锋团队在手术前的半年时间里完成了超过20次模拟植入演练。

　　此外，依托华山医院神经外科在脑功能定位和保护方面的技术积累，路俊锋团队还在手术前制定了采用功能性核磁成像定位、人脑图谱绘制定位、试验参与者专属三维模型构建等多种脑功能定位方案，绘制出试验参与者大脑运动皮层的详细功能地图，确保植入位置毫厘不差。

　　植入完成后，试验参与者戴上一顶“帽子”。研发团队将外部设备集成在这顶“帽子”中，“帽子”内部装有无线供电器和信号接收器，能与植入体对位并高效耦合。植入芯片电极与“帽子”无需复杂线缆即可自动连接系统，极大提升了日常使用的便捷性。

　　据了解，团队基于成熟的外科技术，构建了侵入式脑机接口系统植入的标准化操作流程，为未来规模化应用奠定基础。

　　记者从中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心获悉，该系统有望于2028年获批注册上市，上市后有望通过运动功能替代技术，帮助完全性脊髓损伤、双上肢截肢及肌萎缩侧索硬化症（渐冻症）患者群体突破性改善生存质量。

科研人员在中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心微纳电子加工平台实验室内工作（2025 年 6 月 3 日摄） 方喆摄 / 本刊

　　“钻”进大脑“听”神经

　　侵入式脑机接口技术已经实现临床试验突破，但业界和公众仍有疑虑：一定要将设备植入大脑内部吗？通过佩戴在头皮上的非侵入式设备，无法实现类似功能吗？

　　这样的技术路线之争，在全球脑机接口领域从未停歇。两种路线的核心分歧，正在于设备与大脑的“亲密”程度——是通过植入方式实现神经信号的精准捕捉，还是以非侵入方式平衡安全性与信号质量，不同选择背后对应着不同的技术诉求与应用场景。

　　中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员赵郑拓告诉记者，人类大脑有近千亿个神经元，大脑皮层共有六层。如果把大脑比作一座密闭的体育馆，近千亿个神经元就像分布在体育馆六层看台上的观众，每个区域的观众通过发出不同的声音执行不同的功能。

　　非侵入式技术，类似于在体育馆外听馆内的声音；半侵入式技术，相当于在看台顶部放大量话筒，能捕捉到更多相对清晰的声音；侵入式技术，则更像把许多话筒放到每位观众面前，近距离“倾听”附近每个观众的声音，获取更清晰、更准确的信号。

　　李雪表示，侵入式技术的优势是能获取单神经元级别的高质量信号，进而实现更加精准的脑控功能。侵入式技术的不足在于：一方面，人脑神经元数量庞大，侵入式技术无法记录所有神经元，这一客观限制决定了手术必须将有限的电极精准植入到执行特定功能的关键区域，以确保技术有效；另一方面，侵入性操作势必带来一定的创伤与风险，因此，该技术的试验参与者目前通常限定为因重大疾病或意外导致丧失行动能力、且经评估适合接受侵入性手术的患者。

　　埃隆·马斯克创立的Neuralink公司是脑机接口领域最知名的机构，也采用侵入式技术。据了解，Neuralink已将其设备植入多名患者体内，并展示了患者通过意念下棋、玩游戏的案例。但其电极技术在柔性和尺寸上存在一定局限，且设备体积相对较大，需要移除部分头骨才能植入。

　　与Neuralink相比，中国团队此次临床试验展现出独特优势。植入设备以来，系统运行稳定，未出现感染和电极失效情况。试验参与者仅用2至3周训练，便能通过设备实现下象棋、玩赛车游戏等功能，其控制水平与普通人控制电脑触摸板相近。

　　团队表示，下一个目标是让试验参与者使用机械臂完成抓握、拿杯子等实际生活操作，并进一步控制机器狗、智能轮椅、具身智能机器人等复杂外设，拓展试验参与者生活边界。

　　如何将神经元“翻译”成比特

　　无论侵入式、半侵入式还是非侵入式技术路线，脑机接口技术的目标都是跨越神经信号捕捉—解析—转化的天堑，将大脑神经元微弱的电信号，准确、实时地“翻译”成电脑可以理解的指令。

　　这也是脑机接口技术面临的核心挑战。

　　不同技术路线的探索，本质上都是在为破解这一挑战寻找适配路径：侵入式技术通过近距离捕捉单神经元信号，降低“翻译”的干扰成本；非侵入式、半侵入式技术则需攻克信号衰减、噪声过滤等难题，提升“翻译”的准确性。

　　就侵入式脑机接口技术而言，其将神经元“翻译”成比特，涉及采集硬件、解码技术、安全验证等三大主要科研关卡。

　　关卡一：采集硬件——以超柔性电极破解高质量信号采集难题。

　　信号采集是侵入式脑机接口技术落地的首要环节，其瓶颈在于如何实现长时间、大范围高质量信号采集的同时，不损伤脑组织。

　　记者采访了解到，赵郑拓和李雪团队的侵入式脑机接口系统，是国内唯一获得注册型检验报告且可以长期稳定采集到单神经元信号的脑机接口系统，其毫秒级、神经元水平的神经信号捕获特性为应用提供了良好的神经电信号数据基础。

　　在手术友好度方面，该信号处理芯片直径26mm、厚度不到6mm，是全球最小尺寸的脑控植入体，为Neuralink产品的1/2。同时，其柔性电极尺寸极小，截面积仅为Neuralink产品所使用电极的1/7到1/5，柔性超过Neuralink产品百倍。

　　相关团队负责人告诉记者，该设备具备高密度、大范围、高通量、长时间稳定在体神经信号的采集能力，已相继完成在啮齿类、非人灵长类和人脑中长期植入和稳定记录验证。使用这一设备，脑细胞几乎“意识”不到旁边有异物，最大程度降低了对脑组织的损伤。

　　关卡二：解码技术——依托高适应性、低延时的实时在线算法，搭建大脑与电脑“翻译”“对话”的桥梁。

　　赵郑拓介绍，实时在线解码是脑机接口技术的关键环节。脑机接口系统需要在十几毫秒窗口期内完成神经信号的特征提取、运动意图解析及控制指令生成全流程。

　　相比传统的静态解码器，该团队亮点在于通过在线学习框架实现解码器的动态优化，相当于赋予解码器“自学能力”。当大脑反复使用某一路径（如想象移动光标来控制设备）来达成目标时，相关的神经环路会得到强化。负责产生有效信号的神经元之间，突触连接会增强、增多，形成更高效的“专线”。解码器能根据大脑信号的变化，实时调整自己的“解码准则”，与大脑的变化同步成长、互相适应，解决长期以来脑机接口信号不稳定、久用容易失灵的问题。

　　比如，当试验参与者“想”移动电脑屏幕上的光标时，大脑神经元会产生特定的电活动模式。柔性电极捕捉到这些微弱的电信号后，通过植入在头骨下的信号处理芯片，将其传输到试验参与者头上佩戴的特制“帽子”中。“帽子”里集成的无线设备不仅为系统供电，还将信号传输到计算机，经过智能算法处理后，将神经活动模式转化为机器可执行的指令。

　　“这个过程有点像学骑自行车，试验参与者一开始需要刻意思考每个动作，随着练习逐渐变得自然流畅。”赵郑拓补充说，在试验参与者渐渐适应系统的同时，系统也会不断适应试验参与者的思维习惯。“就像两个人逐渐学会彼此的交流方式，随着双方的适应和学习，这种‘对话’会变得越来越流畅。”

　　关卡三：安全验证——经动物实验验证侵入式脑机接口系统的长期稳定性和升级可行性，为人体应用筑牢安全根基。

　　安全性是所有技术应用的基石，侵入式脑机接口这类高风险技术更不例外。

　　依托中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类研究平台，该侵入式脑机接口系统在开展人体试验前，其安全性和功能性已经在猕猴中得到验证。

　　团队介绍，侵入式脑机接口系统被植入到猕猴运动皮层的手部和手臂功能区，植入手术顺利完成后系统持续运行稳定，未出现感染和电极失效的情况。并且猕猴经过训练，可成功实现仅凭神经活动即能敏捷且精准控制计算机光标运动，在此基础上，还实现了目标引导下的脑控打字。

　　在平稳运行一段时间后，猕猴的植入体被手术安全取出，并更换新植入体在同一个颅骨开孔位置完成二次植入。二次植入术后，该系统持续运行稳定，同样未出现感染和电极失效的情况，猕猴可快速适应新系统并流畅实现脑控光标。“二次植入手术的顺利完成，验证了植入体通过二次手术升级换代的可行性。”团队相关负责人说。

　　这意味着，中国的侵入式脑机接口技术已经在采集硬件、解码技术和安全验证三大关键环节实现系统性突破。未来，技术迭代还需聚焦实时响应能力、抗干扰性能、长期稳定运行等重要“翻译”指标持续进化。

　　生态支持达成亮眼“冲刺”

　　侵入式脑机接口核心技术的系统性突破，无疑是中国科技力量一次亮眼的“冲刺”。突破固然可喜，但更值得关注的是驱动突破、支撑突破的深层力量。

　　业内人士告诉记者，我国脑机接口技术能在短时间内跻身全球一线，并非单一技术的胜利，而得益于集顶层设计、医工协同于一体的生态支持。

　　一方面，顶层设计与地方支持形成合力。

　　蒲慕明介绍，在国家层面，2021年启动《科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目》（通称“中国脑计划”），明确“十四五”期间围绕脑认知原理解析、脑疾病诊治、脑机智能技术三大领域布局，为脑机接口基础研究提供了持续支持。

　　在地方层面，以上海为例，市级科技重大专项“脑机接口关键技术与核心器件”、市科委战略前沿脑机接口专项项目、市卫生健康委和市教委等相关项目协同支持，形成了从国家到地方的立体化支持网络。

　　这种系统化布局不仅在于条块支持，也体现在研究方向的有机结合。“中国脑计划”在脑机智能技术领域有两个重点布局方向，就是脑机接口和类脑智能。在脑研究的基础领域也布局了“介观脑神经联接图谱”项目，从神经元的尺度解码大脑神经细胞的种类和分布、神经联接和其功能，为脑机接口技术发展提供大脑神经联接的基础信息。

　　今年，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华中科技大学苏州脑空间信息研究院、华大生命科学研究院等机构联合多国科学家，推出10项“脑图谱”系列成果，细胞出版社7月以专题论文集的形式集中发布，标志着我国牵头的“脑图谱”研究实现了从啮齿类向灵长类的跨越。

　　另一方面，医工协同共建创新生态。

　　过去一年，仅华山医院就与国内近10家顶尖的脑机接口创新企业合作，完成了数十次临床试验手术。目标是自主研发脑功能定位导航技术，能把开颅、寻找植入点的时间，从原来的几个小时压缩到3分钟；牵头建立“iBRAIN侵入式脑电数据联盟”，希望汇聚高质量数据，训练出脑科学领域的ChatGPT模型；针对不同成熟度的脑机接口产品制定临床试验应用“三步走”方案；发起“脑机接口临床试验与转化创新联合体”，首批有20多家成员单位加盟……作为国家神经疾病医学中心建设的主体单位之一，华山医院正在构建“临床引领—技术突破—产业落地”一条链的生态系统。

　　顶尖医院牵引是生态繁荣的一个缩影。上海已开展脑机接口关键技术的系统性布局，积极打通优质科研资源、临床机构等上下游，培育产学研医深度融合的创新生态。2025年1月，《上海市脑机接口未来产业培育行动方案（2025—2030年）》发布，进一步加速产品研发与临床试验。2025年6月，上海启动建设“脑机接口未来产业集聚区”，脑机接口概念验证平台、全国颠覆性技术创新大赛脑机接口锦标赛、脑机接口产业联盟长三角产业创新中心、脑机接口未来产业基金矩阵等举措同步发布。

　　上海市科委介绍，脑机接口未来产业集聚区选址上海新虹桥国际医学中心，旨在发挥区域科研基础扎实、临床资源丰富、产业资源显著的优势，以集聚区为核心，形成“技术突破—产业转化—场景落地”的集聚效应。未来，集聚区将加大创新企业引育力度，加快共性技术平台建设，拓展脑机接口创新应用和产业化生态，提升区域空间创新浓度，加快形成脑机接口未来产业的“核爆点”。

　　从实验室、手术台走向产业化，脑机接口正不断拓宽思维的边界。它不仅为患者带来修复的希望，更将一个智能时代人机关系无限可能的未来缓缓照进现实。■