數智風向標

　　“硬幣”和“頭發絲” 意念賽車照進現實

　　我國侵入式腦機接口技術進入臨床試驗階段

　　今年3月25日，復旦大學附屬華山醫院手術室里，一根比發絲還要細的電極穿過5毫米顱骨孔洞，嵌入因高壓電擊失去四肢的男性受試者運動皮層。僅3周后，他戴著黑色特制帽子，僅憑“意念”，就讓屏幕上的賽車漂移過彎。

　　“現在我可以通過自己的意念控制電腦，有種心隨所動的感覺?！笔茉囌吒锌?。此刻，硬幣大小的植入體正嵌在他的顱骨上，捕捉毫秒級的單神經元電信號。

　　截至今年6月，該系統持續運行穩定，未出現感染和電極失效情況，為大規模臨床試驗提供關鍵支撐。這是我國首例侵入式腦機接口的前瞻性臨床試驗，由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心趙鄭拓研究員團隊及李雪研究員團隊，聯合復旦大學附屬華山醫院神經外科吳勁松/路俊鋒團隊，與相關企業合作開展。

　　這標志著我國在侵入式腦機接口技術上，成為繼美國之后，全球第二個進入臨床試驗階段的國家。

　　發絲1%細的電極植入大腦

　　一根只有頭發絲1%那么細的超柔性電極，正嘗試以一種前所未有的方式，融入人類大腦神經組織的微觀宇宙。

　　在這之前，代表侵入式腦機接口業界最高水平的，是埃隆·馬斯克創辦的Neuralink公司。而趙鄭拓團隊研制的神經電極，截面積僅為Neuralink所使用電極的五分之一到七分之一，柔性超過百倍。這種超柔性電極，讓腦細胞幾乎“意識”不到異物存在。植入體直徑26毫米、厚度不到6毫米，僅硬幣大小。

　　與Neuralink貫穿顱骨的設計不同，中國方案只需在運動皮層上方的顱骨處“打薄”出硬幣大的凹槽，再在凹槽上開一個5毫米穿刺孔，“不需要整體貫穿顱骨”。而項目團隊采用的神經外科微創術式，能夠有效降低手術風險，術后康復周期顯著縮短。

　　電極植入后，須在十幾毫秒內完成神經信號處理。趙鄭拓團隊通過自主研發的在線學習框架解決了這一挑戰。這相當于給解碼器提供了實時在線的輔助，其原理類似于“汽車的輔助駕駛系統”。

　　硬幣大小的植入體，同樣暗藏技術博弈，芯片組需要處理前端傳感器傳遞的微弱神經信號?！靶盘柺紫缺环糯笃鞣糯?，然后變成數字信號?！壁w鄭拓說，“由于采樣率非常高，需要提取出最有效的特征，才能傳輸出去?！毕到y在內部完成原始信息特征提取和壓縮后，無線傳輸給外部計算機進行最終解碼。

　　2024年12月，依托兩家單位聯合共建，上海市腦機接口臨床試驗與轉化重點實驗室獲批成立。這次手術的成功，是實驗室成立后的首項重要成果。

　　“重點實驗室將繼續致力于推動腦機接口技術從基礎研究走向臨床應用與產業轉化，為腦機接口科技成果轉化打通‘最后一公里’?！睂嶒炇抑魅?、復旦大學附屬華山醫院神經外科專家吳勁松說。

　　“往大型體育館里放麥克風”

　　電極的穩定性曾是最嚴峻挑戰，李雪研究組早期遭遇了許多困境。

　　“最初的電極在植入大動物體內后，輕輕一碰就斷了?！崩钛└锌?。這一境況促使團隊尋找合適的材料。

　　“根據我們從書本上學到的，或者邏輯上推斷，判斷哪些材料加入會更好用、更結實，然后一個一個試驗?！崩钛└嬖V中青報·中青網記者，制作難點在于電極既要結實，又要安全，“不漏電”“不會被輕易揪斷”。

　　植入過程采用特殊工藝?！笆褂靡桓浅＜毜逆u針，電極前端會有一個孔，鎢針可以穿過這個孔?！崩钛┱f，“植入完成后，把鎢針取出來，電極會留在里面?！?/p>

　　團隊還基于電極超柔性特點做了電極冗余設計，“確保電極不會脫落”，以解決柔性電極位移和信號衰減問題。

　　供電方案設計采用“無線充電和無線信號傳輸方案”，患者佩戴的帽子狀設備采用連線傳電的方式，“目前沒有內置電池”。但李雪提到，已規劃升級路徑，“后期可能會加入小電池以實現長期供電”，這將進一步解放患者行動限制。

　　針對術后感染風險，團隊采用“常規的滅菌方案”。李雪提到，患者日常生活不受影響，“可以正?；顒?，不需要一直戴著帽子”。

　　用復旦大學附屬華山醫院神經外科副主任醫師路俊鋒的話說，這例腦機接口手術，就像是往大型體育館里放麥克風。

　　大腦有近千億個神經元，就像一座密閉的體育館。大腦皮質共有6層，近千億個神經元就像是分布在6層看臺上的觀眾，每個區域的觀眾通過發出不同的聲音執行不同的功能。

　　不同的腦機接口技術，就像不同的收音方式。非侵入式技術類似于在體育館外面聽里面的聲音；半侵入式技術，如皮層電極，相當于在看臺頂部放置大量話筒，能捕捉到更多群體清晰的聲音。而侵入式腦機接口技術，就如同進入體育館內，將許多話筒貫穿6層看臺，放置到觀眾的面前，“近距離聽附近每個觀眾的聲音”。

　　復旦大學附屬華山醫院與中國科學院腦智卓越中心形成了“樓上手術樓下研發”的協同模式。手術當天，團隊借助高精度導航系統，在受試者清醒狀態下，將兩根超柔性電極植入其大腦運動皮層指定區域。

　　電極前端僅5毫米植入腦組織，后端錨定在顱骨鑲嵌的植入體上。整個手術精確到毫米級別，顱骨僅開5毫米穿刺孔。

　　手術前半年，團隊已完成20余次模擬植入演練?！拔覀儾捎霉δ苄院舜懦上穸ㄎ?、人腦圖譜繪制定位、受試者專屬三維模型構建等5種腦功能定位方案?！甭房′h向中青報·中青網記者解釋，“手術中，受試者在清醒狀態下想象手部運動，醫療團隊才能實時驗證神經信號輸出，找到準確位置?！?/p>

　　當電極成功記錄到電信號時，團隊成員“臉上的笑容是發自內心的”。

　　后來，植入體在顱骨里面放好，頭皮縫好。受試者在第五天實現了簡單的腦控。此時，整個團隊“才真正放心”。

　　“意念”賽車照進現實

　　術后一周，受試者出院。經過兩到三周訓練，已實現“意念”控制電子產品。在系統外部設備集成的特制帽子中，無線供電器和信號接收器與植入體高效耦合。

　　據趙鄭拓解釋，訓練過程“有點像學騎自行車”，一開始還需要刻意思考每個動作，但隨著練習，逐漸變得自然流暢?！袄靡呀⒌纳窠涥P聯，進行運動想象?！壁w鄭拓解釋，“更像是成年人學習原本不會的新技能”。

　　據他介紹，當前的中國方案具備原創突破，電極尺寸更小，柔韌性更強，更關鍵的是臨床普適性。此外，成本控制也已納入規劃，隨著流程優化，術前三維重構等環節將精簡。

　　“現在的神經外科里常用的手術器械和設備，足以支撐整個系統的植入手術?！甭房′h說。這意味著將來，無須依賴手術機器人，“普通三甲醫院均可實施”。

　　隱私保護機制已嵌入系統設計，受試者原始腦活動信息不會有泄露風險?！爸饕蛢刹糠中畔?，即大腦里提取的神經活動信息和解碼器解讀出來的控制指令，只有第二部分信息會對外輸出?！壁w鄭拓說。當前系統僅為單向信息提取，“不存在受到網絡安全攻擊的風險”。

　　但挑戰依然存在，趙鄭拓提到，目前“術后受試者神經活動受到很多因素影響”；產業協同也需加強，“和終端設備的研發團隊需要緊密配合，有很多接口需要打通”。

　　系統安全性和功能性，在人體試驗前，已經通過非人靈長類動物得到了驗證。植入獼猴運動皮層的系統持續穩定運行，“未出現感染和電極失效的情況”，獼猴成功實現腦控光標運動。更關鍵的驗證發生在平穩運行后，獼猴的植入體被手術安全取出，并更換新植入體，在同一個顱骨開孔位置完成二次植入。

　　術后，系統穩定運行，證明植入體的后續升級計劃可行。電極如今設計的5年壽命并非終點。

　　“這個系統可以支撐患者在相對較長周期內不用作更換?！壁w鄭拓對記者強調可持續性，“未來，患者可以通過小的手術更新換代，永遠使用到最新技術”。

　　目前，項目團隊正將技術延伸至物理交互層面。應用場景將瞄準完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側索硬化癥患者等群體。相關技術也適用于腦卒中導致語言障礙的人群，未來可能重建語言橋梁。

　　當受試者用“意念”操控賽車通過終點的瞬間，硬幣大小的中國方案正將科幻照進現實。這支跨越神經科學、微電子、臨床醫學的團隊，在超柔性電極上書寫的故事，正在重塑人機交互邊界。

　　中青報·中青網記者 張渺 來源：中國青年報

　　2025年06月16日 07版