癱瘓的人只需“動(dòng)動(dòng)念頭”，機(jī)器手臂就能遞來(lái)一杯水；失去雙手的人靠“意念”操控游戲角色沖鋒陷陣；醫(yī)生在開(kāi)顱手術(shù)中實(shí)時(shí)“讀懂”患者大腦的語(yǔ)言指令……這些科幻電影中的場(chǎng)景，如今正在中國(guó)的實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院里變成現(xiàn)實(shí)。

這些場(chǎng)景背后的核心技術(shù)，正是腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface, BCI）。它像一座橋梁，把人類大腦的電信號(hào)“翻譯”成機(jī)器能理解的指令。

過(guò)去十年，全球腦機(jī)接口競(jìng)賽如火如荼。近日，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合其他團(tuán)隊(duì)，悄然完成了一項(xiàng)關(guān)鍵的突破：成功開(kāi)展了侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗(yàn)，使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)侵入式腦機(jī)接口人體臨床試驗(yàn)的國(guó)家。更令人振奮的是，中國(guó)團(tuán)隊(duì)正以獨(dú)特的“小而柔”“快而穩(wěn)”技術(shù)路線，為這項(xiàng)未來(lái)科技打上鮮明的“中國(guó)印記”。

臨床試驗(yàn)：硬幣大小的“腦內(nèi)翻譯官”

2025年3月，上海華山醫(yī)院的手術(shù)室里，一項(xiàng)改寫(xiě)歷史的實(shí)驗(yàn)正在發(fā)生：

一位因高壓電事故失去四肢的男性患者，大腦中被植入一枚硬幣大小的微型設(shè)備（直徑26mm、厚度不到6mm）。這個(gè)由中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的裝置，裝載著全球最纖細(xì)的柔性電極——僅約頭發(fā)絲的1/100，卻能精準(zhǔn)捕捉單個(gè)神經(jīng)元的“私語(yǔ)”。

全球最小尺寸的腦控植入體

（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心）

超柔性電極尺寸極小，僅約頭發(fā)絲的1/100

（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心）

植入后僅兩周，患者已能用“意念”下象棋、玩賽車(chē)游戲。更神奇的是，他操控電腦光標(biāo)的靈活度接近普通人觸摸板水平。

在此前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，植入到獼猴體內(nèi)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)也被驗(yàn)證表現(xiàn)良好。植入后，獼猴僅憑神經(jīng)活動(dòng)就能控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，還能完成目標(biāo)引導(dǎo)下的腦控打字。植入體在腦中穩(wěn)定工作數(shù)月后，還能通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)安全升級(jí)換代。

實(shí)際上，這并非我國(guó)腦機(jī)接口植入成功的孤例。2025年2月，在北京大學(xué)第一醫(yī)院，30歲的截癱患者小銳通過(guò)“北腦一號(hào)”半植入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了人生第一次自主飲水——當(dāng)他“想”要端起水杯時(shí)，機(jī)械臂平穩(wěn)地將水杯遞到他嘴邊。這一案例屬于腦機(jī)接口半侵入式技術(shù)的早期應(yīng)用。

中國(guó)技術(shù)的“獨(dú)門(mén)絕技”

研究團(tuán)隊(duì)此次的臨床試驗(yàn)使我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域走在世界前列。那么，為何我國(guó)在這一領(lǐng)域能夠快速躋身全球前列？三大創(chuàng)新是關(guān)鍵：

超柔性電極：讓大腦感知不到“異物”

傳統(tǒng)腦電極像硬質(zhì)電線，容易損傷嬌嫩的腦組織。此次腦智卓越中心研究團(tuán)隊(duì)研制的電極是目前全球最小尺寸、柔性最強(qiáng)的神經(jīng)電極，截面積僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/5到1/7，柔軟程度超過(guò)百倍，彎折它用的力相當(dāng)于一只蝴蝶拍打翅膀的力的幾十分之一。此外，近期在深圳市第二人民醫(yī)院也開(kāi)展了基于全自主研發(fā)的植入式腦機(jī)接口技術(shù)的臨床研究，其應(yīng)用的薄膜電極像一片隱形眼鏡，術(shù)中覆蓋大腦皮層時(shí)，患者甚至感覺(jué)不到它的存在。

毫秒級(jí)“讀心術(shù)”

實(shí)時(shí)在線解碼是腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)需在十幾毫秒窗口期內(nèi)，完成神經(jīng)信號(hào)的特征提取、運(yùn)動(dòng)意圖解析及控制指令生成全流程。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)自主研發(fā)的在線學(xué)習(xí)框架，創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)解碼器的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，讓系統(tǒng)像“學(xué)習(xí)型翻譯官”般適應(yīng)大腦信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)了低延遲、穩(wěn)健性、跨天穩(wěn)定的實(shí)時(shí)在線運(yùn)動(dòng)解碼。

無(wú)線自由：甩掉“金屬辮子”

傳統(tǒng)腦機(jī)接口需要導(dǎo)線連接外部設(shè)備，患者頭部如同掛著“數(shù)據(jù)辮子”。腦智卓越中心研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)展臨床試驗(yàn)的侵入式腦機(jī)接口設(shè)備系統(tǒng)具有無(wú)線信號(hào)傳輸、無(wú)線充電(通過(guò)定制的帽子)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者友好的人性化設(shè)計(jì)。此前，北大醫(yī)院的“北腦一號(hào)”同樣也實(shí)現(xiàn)了全無(wú)線植入——電極信號(hào)通過(guò)硬幣大小的顱骨內(nèi)置裝置傳輸。

未來(lái)生活圖景：從治病到智聯(lián)萬(wàn)物

中國(guó)腦機(jī)接口有著廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)技術(shù)不斷破壁，生活場(chǎng)景正被重新定義：

醫(yī)療革命：未來(lái)醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)革命性變革。脊髓損傷患者用“意念”控制輪椅出行；癲癇患者手術(shù)中，醫(yī)生通過(guò)實(shí)時(shí)腦信號(hào)避開(kāi)語(yǔ)言功能區(qū)；對(duì)于漸凍癥等嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙患者，新一代腦機(jī)交互系統(tǒng)將打破身體禁錮，重建其與外界的溝通橋梁。

通過(guò)腦機(jī)接口控制文字輸出

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

智能生活：隨著技術(shù)的持續(xù)突破，腦機(jī)接口將逐步實(shí)現(xiàn)從醫(yī)療康復(fù)到日常生活的廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)不僅有望幫助運(yùn)動(dòng)功能障礙患者重獲自主生活能力，還能為其提供和健康人群一樣的娛樂(lè)方式，如玩電子游戲、瀏覽社交媒體等。

人機(jī)共生：當(dāng)前，腦機(jī)接口技術(shù)已實(shí)現(xiàn)意念控制智能家居，標(biāo)志著人機(jī)交互進(jìn)入新維度。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)或可直連機(jī)器狗、具身機(jī)器人等設(shè)備，擴(kuò)展人類行動(dòng)邊界，重新定義人與機(jī)器的協(xié)作方式，推動(dòng)社會(huì)向更智能、更融合的方向發(fā)展。

“中國(guó)腦機(jī)方案”：希望與挑戰(zhàn)并存

目前，中國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域已展現(xiàn)出多重獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如，產(chǎn)學(xué)研醫(yī)閉環(huán)，如深圳“微靈醫(yī)療+醫(yī)院”模式、北京“北腦所+三甲醫(yī)院”組合，讓技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到病床的路徑縮短；其次，基礎(chǔ)研究獲得突破。浙江大學(xué)揭示“大腦書(shū)寫(xiě)密碼”，為精細(xì)控制奠定理論根基；此外，柔性技術(shù)領(lǐng)先。超薄電極、無(wú)線傳輸?shù)葎?chuàng)新，避開(kāi)他國(guó)“硬科技”路徑依賴。

盡管前景光明，挑戰(zhàn)依然存在：在技術(shù)方面，設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定性、信號(hào)精度仍需提升；在倫理安全方面，隱私保護(hù)、意識(shí)干預(yù)等議題亟待規(guī)范；在成本控制方面，當(dāng)前植入費(fèi)用高昂，普及還需產(chǎn)業(yè)鏈支持。

回望五年前，中國(guó)腦機(jī)接口還鮮有人知；如今，我們擁有了諸多突破以及成果。這些突破背后，是科學(xué)家們對(duì)“重建人類功能尊嚴(yán)”的執(zhí)著。當(dāng)截癱患者小銳哽咽著喝下第一口自己“操控”的水時(shí)，當(dāng)電子游戲中的角色在腦電波指揮下騰挪閃避時(shí)，我們看到的不僅是技術(shù)勝利，更是科技對(duì)生命最溫暖的致意。

盡管當(dāng)前受益者僅是少數(shù)先行者，但技術(shù)背后是數(shù)百萬(wàn)人的期盼——據(jù)《中國(guó)脊髓損傷者生活質(zhì)量及疾病負(fù)擔(dān)調(diào)研報(bào)告2023版》及中國(guó)殘疾人聯(lián)合會(huì)等數(shù)據(jù)，中國(guó)超500萬(wàn)脊髓損傷、漸凍癥及截肢患者群體，正在等待腦機(jī)接口從“臨床試驗(yàn)”走向“普惠醫(yī)療”的那一天。未來(lái)，隨著“中國(guó)腦機(jī)方案”惠及，這條賽道將證明：最偉大的創(chuàng)新，永遠(yuǎn)始于用技術(shù)造福人類的初心。

參考文獻(xiàn)：

[1]Qi Y, Zhu X, Xiong X, et al. Human motor cortex encodes complex handwriting through a sequence of stable neural states[J]. Nature Human Behaviour, 2025: 1-12.

出品：科普中國(guó)

作者：鄭勝杰（計(jì)算與神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)博士生）

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