生材科普图文志——脑机接口正在走向临床：不同技术路线如何重新连接大脑与世界？

如果一个人脑子里清楚地知道“我想要拿起水杯”，但手指、手腕和手臂都无法完成动作，这个“想动”的信号还有没有办法被重新利用？这不是科幻电影里的问题，而是脊髓损伤、渐冻症、脑卒中后严重运动障碍患者在现实中面对的困境。

脑机接口

正是围绕这个问题发展起来的新兴技术。它试图

在大脑和外部设备之间建立一条新的信息通路

：大脑产生意图，设备采集神经信号，算法把信号翻译成指令，再由电脑、机械臂、语音系统、气动手套或仿生手执行动作。过去几十年里，脑机接口从实验室里的光标控制，走向机械臂抓握、打字、语音解码和手部功能代偿。如今，脑机系统已经进入临床试验阶段，部分产品也开始以医疗器械形式接受监管审评。脑机接口讨论的重点，正在从“能不能做到”，转向“哪种路线更适合哪类患者”的阶段（图1）。

图1 脑机接口的信息流示意，展示脑信号从采集、处理、特征提取、信号翻译到外部设备输出的基本过程，说明“想动”的神经活动如何转化为设备可执行的指令。（来源：Future of Privacy Forum，Brain-Computer Interfaces & Data Protection: Understanding the Technology and Data Flows）

脑机接口不是读心术，而是重建一条信息通路

脑机接口，英文常写作BCI，即brain-computer interface

。通俗地解释它的工作原理，它不是读取人的全部想法，而是从神经活动中寻找与特定任务相关的信号。例如，一个人想移动鼠标、想抓握物体、想说出某个音节时，大脑相关区域会出现有规律的电活动变化。脑机接口要做的，是把这些变化采集并识别出来，然后转化成外部设备可以执行的命令。这个过程通常包括四个环节。

第一是信号采集

，通过脑电帽、皮层表面电极、脑内电极或血管内电极等侵入式或非侵入式手段来获取神经信号。

第二是信号传输

，把采集到的电活动稳定送到处理系统。

第三是算法解码

，通过解码把得到的复杂、微弱、带有噪声的信号翻译成“向左移动”，“选择字母”，“抓握”这样的意图指令。

第四是设备执行

，由屏幕光标、机械臂、语音合成器、外骨骼或手部辅助装置完成对应动作。

因此，脑机接口并不是单一设备，而是一整套系统。电极材料、植入方式、电子封装、无线传输、算法模型、康复训练和临床随访，每一环都会影响最终效果。科普中常说“意念控制”，但真实临床里更准确的说法是：用可测量的神经信号，为患者重建一条可训练、可维护、可评估的辅助通路。

侵入式、半侵入式、非侵入式：区别在哪里？

脑机接口常被分为侵入式、半侵入式和非侵入式

。三者最大的区别，是信号采集装置离神经元有多近（图2）。

图2 侵入式、半侵入式与非侵入式脑机接口的分类示意，展示不同采集方式与大脑组织之间的空间关系，以及信号质量和手术风险之间的差异。（来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客，《脑机接口，如何“读懂”你的心？》）

非侵入式脑机接口通常使用头皮脑电等方式采集信号

，

不需要手术，安全性和使用门槛较低，适合康复训练、注意力监测、辅助控制等场景

。它的缺点也很明显：头皮、颅骨和组织会层层削弱信号，导致获取的信号空间分辨率较低，想要完成高速、复杂、精细的控制并不容易。

半侵入式脑机接口一般把电极放在硬膜外、硬膜下或脑表面附近，不直接插入脑组织。

它比头皮脑电更接近信号来源，信号质量更好的同时又尽量避免深入穿刺脑组织。皮层脑电、部分脑表面柔性电极和血管内电极，都可放在这个分类框架中。同时，它的难点在于手术方式、长期贴合、信号稳定和取出维护。

侵入式脑机接口则把电极插入脑组织，离神经元最近，信号信息量通常更丰富，适合高精度运动控制、打字、语音解码等高要求任务。

但它也面临更高的植入风险、炎症反应、组织微动、电极衰减和长期安全问题。简单说，越靠近神经元，可能越“听得清”；但越靠近神经元，也越需要严肃面对安全和长期稳定性的困境。

脑机接口国内外进展：不同公司选择了不同答案

早期侵入式脑机接口研究最重要的目标之一，是帮助严重瘫痪患者重新与外界交互。2006年，BrainGate团队在《自然》发表研究，显示四肢瘫患者可以通过植入运动皮层的电极阵列控制电脑光标等外部设备。2012年，同一方向的研究进一步展示，患者能够通过神经信号控制机械臂完成伸手和抓握动作，其中一位患者甚至完成了将饮料送到嘴边的任务。2021年，《自然》报道的“手写脑机接口”研究，则让患者通过想象书写字母实现文字输入。2023年，语音神经假体研究进一步把神经活动转化为文字、语音和虚拟头像表情。

公众熟悉的Neuralink走的是皮层内柔性电极路线。根据Neuralink公开的PRIME研究更新，其N1植入体通过64根柔性“线”分布1024个电极，用于记录脑内神经活动；由于这些柔性线很细，它还配套开发了R1手术机器人，将电极放置到目标皮层区域附近。这个路线的优势在于离神经元更近，理论上可以获得更高分辨率的信号；难点则在于植入手术、长期稳定性、组织反应和器械可靠性。

Synchron选择了另一种思路。它的Stentrode系统强调“像支架一样进入”：通过血管路径把装置放置在脑内血管中，读取与运动意图相关的信号。它不需要直接开颅把电极插入皮层，手术路径不同；但血管内电极与神经元之间隔着血管壁和组织，信号类型和适用场景也不同。Neuralink和Synchron并不是谁简单替代谁，而是在信号质量、手术侵入性和临床可达性之间做出不同权衡（图3）。

图3 国外代表性脑机接口路线对比示意，左侧为皮层内柔性电极路线，右侧为血管内支架式电极路线，体现不同方案在信号采集位置、植入路径和临床可达性上的差异。（来源：AI生成）

国内脑机接口也在快速推进，路线比外界想象得更丰富。可以粗略分成三类：一类聚焦侵入式或半侵入式植入接口，目标是帮助重度瘫痪患者恢复交流或运动功能；一类聚焦非侵入式脑电识别和康复训练，强调使用便利性和安全性；还有一类把脑机接口与仿生手、康复机器人或可穿戴设备结合起来，面向肢体功能重建。

以博睿康医疗科技（上海）有限公司获批的“植入式脑机接口手部运动功能代偿系统”为例，国家药监局注册信息显示，该系统由脑机接口植入体、植入式脑电电极套件、脑电信号收发器、气动手套设备、脑电解码软件、医用测试软件和临床管理软件等组成，适用于部分颈段脊髓损伤所致四肢瘫患者，通过气动手套设备辅助实现手部抓握功能代偿。这个案例说明，脑机接口已经可以落到非常具体的医疗器械场景中：不是泛泛地“控制机器”，而是帮助符合条件的患者完成手部抓握代偿。

除此之外，国内还有多条值得关注的探索路线。比如“北脑一号”常被讨论为面向脑机接口临床转化的重要国产系统；脑虎科技等团队更强调高通量神经信号采集和植入式脑机接口平台；强脑科技则更偏向非侵入式脑电识别、智能仿生手和康复辅助方向。它们的共同点，是都在尝试把脑信号从实验室带到真实应用；不同点，则在于手术侵入程度、目标患者、执行设备和商业化路径并不相同（图4）。

图4 国内脑机接口应用路线示意，概括植入式手部功能代偿、临床转化平台、高通量植入式接口、非侵入式脑电识别与智能仿生手等不同发展方向。（来源：AI生成）

因此，评价国内脑机接口，不能只问像不像或者是否优于诸如Neuralink等国外企业产品。更重要的问题是：它解决的是失语、瘫痪、手部功能代偿，还是康复训练？它需要开颅、血管介入，还是只用头皮脑电？它面向医院手术场景，还是家庭康复和日常辅助？这些差异决定了技术路线，也决定了监管和临床验证方式。

脑机接口发展的挑战：不是演示，而是长期可用

目前，脑机接口最容易吸引公众注意的，还是诸如“用意念打字”和“用大脑控制机械臂”这样的炫酷演示。但对医生和患者来说，更关键的是长期可用。一次演示可以在实验室里完成，医疗器械却要经受真实生活的考验。

首先是信号稳定性

。脑组织会微动，电极周围会发生炎症反应和组织重塑，植入材料也会受到体液环境影响。电极位置稍有变化，算法可能就需要重新训练。

第二是安全性

。非侵入式系统虽然安全性较高，但信号质量和控制精度有限，侵入式系统相对而言可以获得更高质量的信号，但也要同时面对随之而来的手术风险、感染风险、出血风险和长期植入风险等。

第三是训练成本

。患者、医生和工程人员都需要时间让脑机解码系统“学会”患者的信号特点。

第四是可维护性

。植入体、外部设备、软件模型、数据传输和电源系统，都可能成为长期使用中的薄弱环节。

这也是为什么脑机接口的临床转化需要多学科合作。神经外科解决植入路径，康复医学定义训练目标，电子工程负责低噪声采集和无线传输，人工智能处理解码，生物材料则承担一个更底层的问题：如何让机器和神经组织长期、温和、可靠地共处。

生物材料在脑机接口中扮演什么角色？应该加强生物材料在降低植入神经电极界面“免疫排异的作用。当前问题核心是免疫排异。

脑机接口听起来像电子工程和人工智能的故事，但它能否长期稳态工作，很大程度上取决于生物材料和植入神经电极界面。电极进入人体后，面对的不是稳定的电路板，而是柔软、潮湿、不断变化的组织环境带来的老化、疲劳、相容性等问题，同时电极与蛋白、离子和细胞之间相互作用对阻抗、结缔组织等，以及信号输入给电极和组织引起的时空演变等影响，反应，形成的蛋白粘附、免疫反应等生物学反应，此外，血液、脑脊液、免疫细胞、胶质细胞、血管和脑组织微动，都会影响信号质量。

因此，脑机接口材料需要同时满足多重要求：电极整体具有低免疫反应能力；要能导电，又要尽量减少组织损伤；柔性基底要能贴合脑组织，又不能因为过度变形影响定位；封装材料要长期隔绝体液，又不能让器件变得过厚、过硬；植入界面要稳定，还要考虑未来维护、取出或升级的可能。对于皮层表面电极、脑内微电极、血管内电极和头皮脑电电极，这些要求各不相同，

但核心问题相似：如何让设备长期获得足够清晰的神经信号

。

同时，算法也离不开材料。信号质量越稳定，解码模型越容易训练；电极漂移、炎症反应或信号衰减越明显，算法就越需要不断校准。换句话说，脑机接口不是“材料归材料、算法归算法”。可长期使用的系统，需要材料、电子、算法、手术和康复训练协同设计（图5）。

图5 神经界面中的材料挑战示意，展示电极、柔性基底、封装层与脑组织之间的相互作用，以及机械失配、炎症反应、胶质瘢痕、信号衰减和长期稳定性等关键问题。（来源：AI生成）

结语：脑机接口正在走向临床

脑机接口正在从概念展示走向临床应用，但这条路不会只有一种答案。侵入式系统可能带来更丰富的信号，适合高精度控制和复杂解码；半侵入式系统在信号质量和手术风险之间寻找平衡；非侵入式系统更安全、更容易推广，适合康复训练和日常辅助。不同患者、不同疾病、不同功能目标，需要不同的技术组合。

未来的脑机接口，不会只靠更多电极、更大模型或更酷的演示来证明价值。它需要在真实患者身上长期稳定、安全可维护，并能带来明确的生活质量改善。对于生物材料研究者来说，脑机接口提供了一个极具挑战的应用场景：材料不仅要“能植入”，还要在神经系统中长期工作；不仅要传递信号，还要学会与生命组织和平相处。

当“想动”的信号重新变成动作，当“想说”的语言重新被听见，脑机接口的价值才落到人身上。它不是离临床很远的未来想象，而是正在进入临床验证和医疗器械转化的新赛道。