作者：宋建平，杨辉，陆军军医大学第二附属医院神经外科

脑机接口（brain-computer interface，BCI）作为生命科学与信息技术深度融合的变革性技术，可实现人脑与计算机之间信息的直接交互。BCI 的概念最早在20 世纪70 年代提出，目的是为给通信、运动康复等临床治疗提供新的辅助手段，随着其内涵与外延的不断丰富，《Nature》在2024 年将其列为最值得关注的7 项技术之一。

在我国的“十四五”规划中，也把脑科学与类脑研究作为国家战略科技力量，将加大推动BCI 技术的研究力度和研发工作。

1. BCI 的研究现状

BCI 根据其信号采集方式可分为非侵入式和侵入式。非侵入式BCI 凭借其安全、便携的特性，是当下主流研究方向之一。然而，非侵入式BCI 获取的信号仅为大规模的同步放电，且长时间使用容易导致信号漂移，严重影响后续信号分析的准确性和稳定性，难以满足高精度和高稳定性的应用需求，促使研究重点逐渐转向侵入式BCI，并试图开拓BCI 技术发展的新路径。

侵入式记录技术包括立体定向脑电图（stereo-electroencephalography，sEEG）、皮质脑电图（electrocorticography，ECoG）、颅内微电极记录技术等，直接捕捉大脑皮质高频信号（μV级），如局部场电位（local field potential，LFP）和单神经元（single unit）信号。

自马斯克及Neuralink 公司完成以ECoG为主的BCI 植入手术，BCI 进入大众视野，引发公众对其在医疗、未来科技应用的热议与想象，使得BCI 技术获得前所未有的关注度。近年来，国内相关临床研究也取得突破性进展，如在浙江大学“双脑计划”的推动下，浙江大学求是高等研究院团队与医学院附属第二医院神经外科合作，完成国内第1 例侵入式BCI 临床研究，高位截瘫患者成功精准控制机械臂与机械手运动。

清华大学洪波教授团队研发的无线微创硬膜上BCI NEO（Neural Electronic Opportunity）在首都医科大学宣武医院完成首例临床植入试验，患者也成功实现脑控抓握。

2. BCI 的发展关键

神经信号的精准获取和解析始终是BCI 发展的关键，关乎BCI 最终的控制效果。在无创式BCI 研究方面，当前重点主要集中于传感器材料及设计突破，例如研发新型的纳米膜电极，或采用纳米级传感器避开头发，轻微穿透皮肤的方式，实现超低接触阻抗密度（0.03 kΩ·cm-2），捕获长达12 h 的高保真神经信号，使信号分类准确率高达96.4%。而对于有创式BCI，传统宏电极的电极点直径多为1~4 mm，记录精度有限，亟需探索更精细的探针设计与构建。

有研究创新性地使用基于纳米铂金棒的由1 024或2 048 个嵌入式ECoG组成的高密度新型传感器网格，相比临床常见ECoG更薄、更灵活，电极点直径仅为30 μm，且具有更大接触面积与更高敏感度。犹他电极阵列相对更精细，电极点直径最小为6~10 μm，最新在浙江大学脑机智能全国重点实验室BCI 团队，成功揭示汉字书写任务时精细运动的单神经元编码情况，并以此构建在线中文书写BCI系统。

此外，Neuropixels 2.0 神经像素探针更是代表着目前商用化刚性探针的最先进水平，单个电极点尺寸为12 μm×12 μm，单根探针采集通道有1 280个，可实现数千个神经元电活动的同时记录，且已被加州大学旧金山分校的张复伦教授团队成功用于人类颞上回语音编码特征神经元的跨层识别。传统的刚性侵入式电极在长期植入的过程中存在诸多问题。侵入式电极与脑组织间具有机械失配、组织黏性缺乏的问题，易导致脑组织损伤，且生物相容性问题也易引发组织免疫反应，导致探针表面形成致密的胶质瘢痕，从而将电极与附近脑组织隔离，增加电极界面阻抗，最终削弱神经信号的传递及电极的寿命。

要加快侵入式电极的临床转化，亟需优化电极的材质、表面修饰技术等，以构建长期稳定的电极-组织界面。因此，新型电极材料的制备总体趋向于柔性方向发展。弹性硅胶材料能满足电极的延展变形要求，并且可折叠到人脑表面的沟回处，在近几年备受关注。然而，硅胶材料在长期置入颅内后依然存在氧化及腐蚀等问题。

相比于硅胶而言，用水凝胶制备的神经界面组织粘附性更强，更接近人脑的超软性能和生物学特性，有望在未来超柔性BCI 系统中发挥作用。此外，神经界面的修饰也不容忽视，可通过粗糙化或者在表面刻印图案等方式来增加电化学表面积，也可以通过涂覆高表面积纳米材料的方式来维持神经信号记录的高敏感度和高信噪比。

另外，为直接避免上述长期植入的难题，另有新颖的新型电极置入方式，例如清华大学王宙恒等开发的无创入耳式电子传感器SpiralE，可通过重构和调节传感器的形态和刚度，在无毛发的耳道区域也能采集脑电；再如置入皮质组织表层脑静脉中的微创血管支架电极阵列，能够实现类似硬膜下和硬膜外阵列的高保真记录，同时通过支架内皮化防止阵列迁移，从而保证信号长期记录的质量。

3. BCI 的应用

短期来看，BCI 仍主要应用于医疗康复。在脑卒中、肌萎缩侧索硬化等疾病所导致的失语症方面，可以通过BCI 为患者安装语音神经假体，实时拼写单个字母为句子，能将单个字母实时拼出完整句子；还可以解码脑卒中致闭锁综合征患者的语言内容及脸部表情，期望通过BCI 技术，未来让严重瘫痪患者能够正常说话交流。此外，脑-脊髓接口作为BCI 的衍生设备，在大脑感觉运动皮质监测电生理信号，即刻调整腰骶髓处的硬膜外电刺激参数，可以恢复瘫痪患者的站立、行走能力。

其次，癫痫监测与治疗技术也正经历革新阶段，传统评估手段没有考虑到癫痫疾病的动态性质和个体差异，因此很难根据患者实际情况分析真实可靠的癫痫发作模式，对于后期治疗方案的制定也缺乏很好的依据。然而，利用BCI 技术可以达到癫痫的移动监测和诊断辅助目的，如在2021 年4 月，浙大附二院神经外科团队已成功植入我国第1 个自主研发的闭环响应刺激器，实现癫痫的早期预警并进行闭环精准调控。

2024 年7 月，宣武医院神经外科团队也顺利完成全球第1 台长时程“植入式闭环脑部采集刺激系统”植入术，开机治疗后患者近4 个月无癫痫发作。此外，BCI 技术在精神疾病治疗方面也展现出一定潜力。2022 年1 月，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经外科团队完成世界首例抑郁症患者的脑起搏器植入术，并随后纳入多名难治性抑郁症患者，对腹侧内囊/腹侧纹状体进行个体化刺激治疗，使患者平均好转率达到60%以上。然而，要实现BCI 技术长期稳健的发展，势必依赖多学科的交叉融合及共同力量，只有拥有自主化的BCI 平台，才有望使BCI 技术在记忆、感知及决策等多维度，教育学习、工作创造、生活娱乐等多方面发挥更大的作用。

4. BCI 的未来

BCI 技术具有非常广阔的应用前景，但是BCI的长期使用会面临严峻的伦理挑战，如受试者的思维模式和行为习惯的被动改变，特别是用于治疗精神类疾病，在治疗同时，受试者很可能会形成对于相关设备的强烈依赖，长此以往会逐渐模糊受试者在自然状态和技术增强下的自主判断与意识。另一方面，数据的归属问题也存在争议，如受试者是否能获得其信息数据的控制权和所有权，受试者能否在数据不归属个人的情况下获得合理回报。同时，还会存在受试者数据被非法采集或非法利用等违规现象，借此研发读脑、控脑技术，侵犯个人自由和尊严，扰乱社会秩序。这些问题应该通过全球统一的伦理准则和法律框架来予以解决。

此外，无线化和微型化是未来BCI 技术发展的重要方向，BCI 的神经数据信息直接关乎患者的个人隐私，必须确保相关数据不被窃取、滥用或泄露，并且只用于实施该试验的医疗研究人员使用。未来重点发展方向应该是完善BCI 数据的存储及传输在内的安全措施，这对未来BCI 采集及无线传输技术来说是极其重要的问题。BCI 作为医疗领域的一项革命性技术，是医疗行业前所未有的机遇。已经过去的近数十年间，BCI从理论走到实践，不断在技术上取得令人瞩目的关键突破，然而在临床应用及产业转化的道路上，仍存在许多医学理论认识、伦理准则方面的挑战。因此，惟有依赖多学科研究的深度协作，BCI 才能正确发挥其深远影响。

来源：宋建平,杨辉.脑机接口在未来临床治疗中的发展与应用[J].中国微侵袭神经外科杂志,2025,29(05):257-260.

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