“腦機介面像是大腦專屬的‘智能手機’。”近日，腦機介面企業上海腦虎科技有限公司（簡稱“腦虎科技”）創始人兼首席科學家、中國科學院上海微系統與資訊技術研究所研究員陶虎向澎湃科技表示，它不僅會幫助人們加深對大腦和智能的認識，對腦部疾病進行診斷和干預，更會幫助人們實現“腦控”外部設備，而不只是遙控。

不妨暢想一下，十年後的人們，用什麼方式操控電腦、汽車以及工廠里的設備？

腦機介面（BCI）是大腦與外部機械設備進行信息傳遞、交互的橋樑和工具。它把大腦產生的意圖相關信號經過採集、編碼后，發射給外部設備進行執行並反饋。“介面”的英文是interface，也被翻譯成“介面”。

在未來，腦機介面會像手機一樣人手一個嗎？

“我們認為腦機介面會成為每個人都會使用的類消費電子產品，將會像手機一樣一代代快速反覆運算。”腦機介面企業上海階梯醫療科技有限公司（簡稱：階梯醫療）相關負責人表示。

不難想像，“腦控”帶來的快捷和便利，將遠遠超越基本的醫療價值，最終如“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”。

核心部件——電極

腦機介面技術的發展歷程，已走過了整整一個世紀。

它類似於功能強大的“電臺廣播+指揮”系統，或是先進的移動通信系統。它在大腦內部或周邊構建起靈敏的信號採集網路，如同搭建起雷達系統、信號塔和基站，將收集到的腦電波等信號廣播出去，進而指揮外部設備運行。

為了確保信號高效“廣播”，腦機介面系統會將腦電波信號數位化、編碼處理，就像加密一樣，而終端設備“收聽”到這些被處理過的信號后，進行解碼、還原並執行相應指令，再將執行結果反饋回來。如此往複，形成閉環，進行溝通、交互。

腦機介面系統的信號源於大腦。所以，人類首先要能夠探測到大腦的信號。1924年，德國科學家、精神病學家漢斯·伯格（Hans Berger）發現，人類大腦會產生電流，並且可以通過在頭皮上放置電極來測量。這一歷史性突破，標誌著腦電圖（EEG）技術的誕生，人類首次成功記錄下大腦的電活動。

高通量神經信號採集分析系統

不過，“腦機介面”（BCI）這一概念，直到1973年才被正式提出。美國加州大學洛杉磯分校的計算機科學家雅克·維達爾(Jacques J. Vidal)教授，用這個詞來描述了一種能將腦電信號轉化為計算機控制信號的系統。

在腦機介面系統中，電極無疑是核心部件之一。這些由導體材料製成的觸點或探針，就像一個個超級靈敏的“小耳朵”，緊貼腦組織或皮膚表面，負責收集大腦神經元發出的信號。依據外科手術標準，按照是否需要手術以及電極所處位置的差異，常見的腦機介面系統可分為侵入式（又稱植入式）、半侵入式和非侵入式三類。

侵入式腦機介面的電極會被植入消費者的大腦皮層中，與大腦神經元直接接觸；半侵入式的電極被置於顱腔中，但位於大腦皮質外的區域；非侵入式的電極不進入顱腔，而是貼附在使用者的頭部皮膚上。

從接受程度來看，更多人傾向於選擇非侵入式腦機介面，它使用起來就像戴帽子，將帶有多個電極的帽子或頭套戴上即可。對此，陶虎解釋道：“我們知道，電極離大腦越近，採集到的信號精準度就越高，無論是空間解析度還是時間解析度都會更出色。但同時，植入物對大腦造成損害的風險也越大。所以，具體選擇哪種腦機介面，完全取決於實際應用場景。”

腦虎科技公司展示的128通道柔性電極。

目前，侵入式腦機介面系統、半侵入式腦機介面技術主要用於臨床診療和科研領域，而非侵入式腦機介面系統主要應用於智慧健康和教育等消費場景。

上海市醫療器械檢驗系統相關負責人向澎湃科技表示，對腦機介面系統來說，“顱內大腦皮層組織內採集腦電信號，像是聽一個人或一群人在說話。硬膜外採集信號像是隔著玻璃聽房間裡面有一群人在說話；而在顱外採集信號，像是隔著一堵牆聽一群人說話。”

一套典型的腦機介面什麼樣？

階梯醫療相關負責人表示，植入式腦機介面是個複雜且精密的系統，它需要高通量超柔性且長期穩定的神經電極、小尺寸的植入式腦部信號精準採集系統、高魯棒性和高準確率的腦電信號在線解碼演算法、高拓展性且低延時的智慧人機交互軟體；此外，高效且植入創傷小的手術術式也是不可或缺的。

除了電極位置的差異，電極質地也成為不同公司腦機介面系統的區分點。

階梯醫療相關負責人介紹，傳統猶他陣列電極是硬質電極，容易誘發排異反應，難以實現大規模長期穩定記錄。而該公司研發的超柔性電極尺寸僅為細胞級別——相當於一根頭髮絲的1/100，是美國Neuralink公司電極尺寸的1/5；超柔電極的柔軟程度，即彎曲應力，僅為細胞間作用力的量級，優於Neuralink公司相關電極參數達數百倍，使得腦組織幾乎“察覺不到”電極的存在。階梯醫療率先打造出無免疫瘢痕的神經電極介面，保障了長期穩定的神經活動記錄。

腦虎科技256導半植入式柔性腦機介面產品。

在腦虎科技公司的展臺上，澎湃科技看到一張張金色的柔軟的、窄長條的薄片，上面還帶有一個個小的突起，這就是黃金製作的、用在相關腦機介面系統中的、被置於人體大腦硬膜下的電極。

陶虎介紹，對於神經外科醫生而言，打開和縫合硬膜是神經外科的常規操作，在腦部腫瘤病灶切除等手術中經常會用到。

2024年8月，腦虎科技公司聯合上海華山醫院神經外科毛穎/陳亮教授團隊完成意念合成運動臨床試驗。受試者是21歲運動區佔位的癲癇患者，通過手術植入256導高通量柔性腦機介面監測病灶並保護與運動相關的重要腦功能區。經過兩周的訓練，受試者可以“腦控”方式熟練使用微信等常用APP，實現智慧家居設備和智慧輪椅的“腦控”。

重要步驟——解碼

“收聽”到大腦信號后，腦機介面系統如何解碼這些信號，讀懂大腦意圖呢？

階梯醫療的相關負責人以“腦控”電腦螢幕上的游標為例進行說明：首先，將柔性電極植入大腦運動皮層，然後引導患者進行運動想像訓練，讓患者在腦海中類比高精度操作、控制外部設備的過程，與此同時，精準採集大腦相關腦區神經元的電信號。

在對數據進行預處理后，接下來，進入腦控預測演算法環節，信號處理單元會從大腦神經元活動里提取關鍵特徵。通過模式識別，把這些特徵與患者想像的任務對應起來，輸出相應結果。這樣，就構建起來一個預測網路模型。它可以把多維輸入向量轉換為控制游標的向量，即電腦螢幕上游標移動的速度向量和點擊狀態。

最終，在腦機介面的工作過程中，系統會根據即時採集的腦電信號，預測游標移動和點擊的參數，並轉化為指令發送給電腦，實現對電腦這一外部設備的控制與交互。

美國企業家埃隆·馬斯克參與創辦的腦機介面公司Neuralink公司採用侵入式腦機介面系統。2024年1月28日，該公司實施了人類首例腦機介面植入手術。截至目前，已有三名癱瘓男性患者參與臨床試驗，他們分別是諾蘭 (Noland)、亞歷克斯 (Alex) 和布拉德 (Brad) 。術后，他們藉助“腦控”技術，重新獲得“數位自主權”，能夠自如地移動電腦游標、玩遊戲，甚至使用電腦程序進行設計工作。他們大腦中的植入物——N1，通過分佈在64條柔性導線上的1024個電極記錄神經活動，被稱為1024通道。每根導線都比頭髮絲還細。Neuralink公司還專門製造了手術機器人——R1，它能夠精準高效地將導線插入患者大腦皮層，確保電極位於特定神經元附近。

未來

前述醫療器械檢驗系統相關負責人向澎湃科技表示，腦機介面醫療器械的術語標準，正在徵求意見中。治療癲癇的閉環腦機介面的標準，也在同步申報國家標準。

談及腦機介面的未來發展，階梯醫療的相關負責人向澎湃科技展望：從醫療器械的維度，腦機介面會發展成一種平臺型的技術，基於電極技術、植入體、手術術式等底層根技術的組合，可以開發出一系列針對不同病症的產品，從輔助腦控運動，到深部腦刺激，再逐步拓展到脊柱/外周神經刺激調控、視聽覺重建等更廣泛的領域，形成一套完整的腦機介面電子處方解決方案。

該負責人還補充道：“我們相信，腦機介面將與大模型、具身智慧機器人等人工智慧技術深度融合。從更長遠的視角看，侵入式腦機介面有望成為連接人腦智慧與人工智慧的橋樑，實現人工智慧為人腦賦能、人腦直接控制人工智慧，推動人類與人工智慧共生共存。”

目前，AI（人工智慧）技術正在為提高腦機介面的準確性助力。

倫敦大學學院的研究人員於2025年2月在國際學術期刊《神經電子學》上發表論文指出，腦機介面面臨著一個重要挑戰：許多用戶難以獲得可靠的準確度，70%的準確度是有效使用腦機介面的關鍵門檻。由於每個人的大腦活動模式的獨特性，標準模型往往無法捕捉其複雜性，導致約40%的用戶難以達到這一準確度，這對於肌萎縮側索硬化症 (ALS) 等運動神經元疾病患者來說，問題更為嚴峻。為此，研究人員開發了一種新型人工智慧模型——圖形注意力網路 (GAT) 專門神經網路，通過適應每個用戶獨特的大腦思考模式，該模型在性能上超越了傳統的深度學習方法，讓ALS患者能夠更輕鬆地通過腦機介面控制外部設備。

此外，另一種腦機介面——腦脊介面，正在引發人們的關注。

2025年3月3日20點，復旦大學附屬華山醫院成功實施了全球首批第4例通過腦脊介面讓癱瘓者重新行走的臨床概念驗證手術。這一成果源於復旦大學類腦智慧科學與技術研究院加福民團隊全球首創的“三合一”腦脊介面技術。此前，該團隊已聯合復旦大學附屬中山醫院完成全球首批3例臨床概念驗證手術，幫助嚴重脊髓損傷患者在兩周內實現自主控腿、邁步行走。

陶虎展望道：“如果我們把目光放得更長遠，腦機介面或許能突破人類手腳的生理局限，借助更強大的執行器實現更多可能。腦脊介面旨在説明病人恢復健康，回歸正常生活；而腦機介面結合其他技術，有可能讓普通人擁有超越常人的能力。”

陶虎還提到，目前整個腦機介面市場尚未出現一款真正意義上的爆款產品，未能充分展現腦機介面的必要性、獨特性和超越性。“不過，我們已經看到了新的機遇。在過去，對於漸凍症、失語症、重度截癱等重大疾病，藥物治療和手術治療效果有限。但腦機介面為這些‘絕症’提供了新的解決方案。我預計，未來3 - 5年內，腦機介面將在重大腦部疾病的診治領域發揮重要作用。”

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