腦機接口：從科學幻想到醫療革命

你是否曾幻想過僅憑借意念來操控周圍設備？隨著人工智能、生物醫學工程、神經工程等快速發展，讓幻想變為現實的腦機接口技術正逐步走入我們的生活，悄然開啟一場醫療革命。

大腦由約860億個神經元組成，是人類所知世界上最神秘、最復雜的網絡。作為人體的“指揮官”，大腦控制著我們的記憶、視覺、運動、情緒、語言等諸多功能，我們的所聽、所看、所想、所說都是基于大腦神經元細胞放電完成的。從古至今，人類對于大腦的探索從未停止，也已取得了多點突破。腦機接口致力于在大腦和外部設備間直接建立連接通路，通過將腦電信號轉化為機器可識別的指令來直接控制外部設備，或是通過外部刺激來調控大腦活動，以改善、替代或是增強部分功能。

腦電波的首次發現至今已有100年左右的時間，生物醫學工程、神經工程、計算機科學、材料科學等快速發展，其間誕生了諸如腦電圖、腦電帽、猶他電極、柔性電極等探索大腦奧秘的神奇工具，又衍生了諸如P300、運動想象、穩態視覺誘發電位（SSVEP）等豐富的交互范式，更催生了諸如類腦計算芯片、人形機器人等前沿新技術。自1973年腦機接口概念被正式提出以來，腦機接口逐步從科學探索階段步入技術爆發階段，其內涵和外延不斷拓展，“意念操控無人機”“意念對話”“殘疾人利用機械臂彈鋼琴”等諸多原先在科幻電影中才能看到的場景正逐漸走向現實生活，在醫療健康領域顯示出廣闊的應用前景。

三大技術路線逐一揭秘

根據腦電信號采集方式的不同，腦機接口一般可分為侵入式、半侵入式及非侵入式三種。簡而言之，如果將大腦信號比作交響樂團的演奏，那侵入式腦機接口相當于觀眾在舞臺邊傾聽樂曲，半侵入式腦機接口相當于觀眾坐在后排座位聆聽樂曲，非侵入式腦機接口則更像是觀眾在演奏廳外聽到傳出的音樂，所獲取的音頻分辨率具有顯著差異。

相比之下，侵入式腦機接口一般將電極植入大腦皮層或更深區域，能獲取到高分辨率的腦電信號，但手術創傷性較高、易引發免疫反應，一般優先面向嚴重或難治性疾病患者。

非侵入式腦機接口電極一般在體外，幾乎無創傷，但易受顱骨、噪聲及運動干擾，所獲信號信噪比最低，應用場景受限。這就好比人們在演奏廳外聽樂曲，只能聽到模糊的聲音，無法識別到清晰的旋律。

半侵入式腦機接口電極一般植于顱骨與皮層之間，所獲信號質量低于侵入式，但對大腦創傷較小，臨床接受度相對較高。2024年12月7日，清華大學洪波教授團隊研發的半侵入式腦機接口NEO被《自然》雜志評為2025年值得關注的八大科學事件之一。

醫療領域應用初露鋒芒

近年來，神經系統疾病逐漸成為全球疾病負擔的主要原因，雖然診療技術已取得諸多進展，但藥物難以穿透血腦屏障、耐藥性、不良反應等問題在極大程度上限制了治療效果。腦機接口作為神經科學領域的璀璨新星，正逐漸在難治性癲癇及抑郁癥、阿爾茨海默病、癱瘓等神經系統疾病診療和康復方面展現出巨大潛力，取得了一些令人興奮的研究成果。

在康復醫學方面，傳統康復手段主要依賴患者殘余運動或語言功能進行重復訓練，對神經嚴重損傷或意識障礙患者的干預手段有限，而腦機接口能繞過受損的神經或肌肉通路，直接刺激大腦可塑性，促進神經環路重建，幫助患者通過“意念”操控外部設備，實現無聲溝通。2014年，在“重拾行走計劃”的支持下，一位截癱9年的患者成功通過腦機接口控制外骨骼設備，為巴西世界杯完成開球，這被公認為是腦機接口應用的重要里程碑。

近期，腦機接口又為運動及語言障礙患者帶來了重獲行走能力、重建自然對話的曙光。2024年12月，國內實時漢語言解碼實現了142個常用漢語音節下71%的解碼準確率，且單字解碼時延小于100毫秒的新突破。2025年3月，一位嚴重脊髓損傷患者通過微創手術在腦與脊髓間搭建“神經橋”，術后第14天依靠自身運動意圖，懸吊情況下獨立使用站立架行走了超過5米。

在疾病診療方面，腦機接口有望進一步填補難治性癲癇、抑郁癥、特發性震顫等神經系統疾病患者未被滿足的臨床需求。單就抑郁癥來看，傳統抗抑郁治療手段主要包括藥物和心理治療，但約有20%的抑郁癥患者藥物治療無效或效果不佳，屬于難治性抑郁癥。腦機接口可以通過神經刺激直接調節大腦活動，改善患者的情緒，減輕癥狀。自2008年以來，經顱磁刺激（TMS）、間歇性theta脈沖刺激（i TBS）、斯坦福神經調節療法（SNT）相繼獲美國食品藥品監督管理局批準，用于難治性抑郁癥治療。相關研究顯示，SNT療法對抑郁癥的緩解率可達78.6%，有望在未來重塑抑郁癥的治療格局，為更多患者帶來新希望。

2025年3月，國家醫保局發布《神經系統類醫療服務價格項目立項指南》，其中專門為腦機接口新技術價格單獨立項，設立了“侵入式腦機接口植入費”“侵入式腦機接口取出費”等價格項目，為腦機接口的醫療應用鋪平了道路。

腦機接口的未來挑戰

雖然腦機接口技術的應用前景廣闊，但離規模化應用還具有一定距離，存在一些潛在的風險和挑戰。

從技術層面看，患者創傷和設備性能之間的平衡是腦機接口發展面臨的主要挑戰之一。為更好地權衡這一問題，通過靜脈血管遞送電極的介入式腦機接口、基于納米粒子的無創雙向腦機接口、生物混合腦機接口等顛覆性技術逐漸涌現，目前均有待進一步通過臨床試驗來驗證系統可行性。

從產業層面看，隱私保護是首要面臨的問題。腦機接口會獲取大量腦電數據，而如何保證這些數據不被濫用，如何避免有人利用這些數據來隨意操控他人思想，都是值得深思的問題。此外，腦機接口在醫療領域的應用場景廣泛，臨床效果評價、倫理規范、監管體系等均是腦機接口從實驗室走向實際生活中不可或缺的一環，亟須進一步完善。

未來，隨著研究和探索的不斷深入，人工智能與腦機接口的加速融合，腦機接口有望塑造疾病精準診療及人機交互新范式，為更多患者帶來新的希望。

本文來源于《科學畫報》2025年第6期。鄭奕，上海市科學學研究所產業創新研究室助理研究員。文章觀點不代表主辦機構立場。

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