脑机接口：

从科幻到现实，它将如何改变医疗未来？

九泰药械专栏

· 导语 ·

作为专注医疗器械CRO服务的创新者，九泰药械持续追踪脑机接口（BCI）技术发展，助力申办方打通从研发到临床应用的最后一公里。

本系列推文将逐步解析BCI技术突破与转化路径，揭示医疗未来新图景。

本期带你揭秘脑机接口，一文读懂技术原理。

01 当科幻照进现实

在《阿凡达》中，人类通过“神经桥”操控外星躯体；在《攻壳机动队》里，义体人用大脑直连网络。打破了人类传统从“中枢神经--外周神经--肌肉”三级结构的神经支配方式。

这些曾被视为天方夜谭的想象，如今正通过脑机接口技术的迅速发展逐步走进大众视野。“脑机接口”(brain computer interface，BCI)，能够绕过外周神经和肌肉直接在大脑与外部设备之间建立一种全新的通信与控制通道。

狭义的 BCI 技术系统示意图：从大脑向机器输出为主的 BCI（图片来源于参考文献）

从“意念打字”到“脑控机械臂”，这项技术不仅有望让瘫痪患者重获行动能力，更在帕金森病、抑郁症等顽疾的治疗中展现出惊人潜力。

（图片由本研究依据参考文献内容整理）

那么，脑机接口究竟如何“读懂” 人类思维？它又将如何重塑医疗未来？

02 脑机接口的类型

脑机接口主要分为两大类：

1.输出式BCI：用“意念”控制世界

想象一下，通过大脑的信号就能控制轮椅移动、操作电脑光标，甚至操控假肢。这听起来像是科幻电影的情节，但输出式BCI已经让这一切成为可能。它通过采集大脑活动信号，解析并转换成指令，从而实现对外部设备的精准控制。更重要的是，它还能通过肢体运动、视听觉等形式将结果反馈给用户，帮助他们调节脑活动信号。对于那些因身体瘫痪的患者来说，输出式BCI可以增强他们的运动康复效果，改善生活质量。

2.输入式BCI：为大脑“充电”

输入式BCI则是通过外部设备向大脑输入刺激，比如电、磁、声或光等，来调控大脑的神经活动。深部脑刺激（DBS）、经颅磁刺激（TMS）、经颅电刺激（TES）和经颅超声刺激（TUS）等都是输入式BCI的典型代表。它们就像是大脑的“调节器”，在帕金森病、肌张力障碍、癫痫等疾病的治疗中发挥着重要作用，还能帮助管理疼痛、促进神经康复，甚至在精神疾病的治疗中也展现出巨大潜力。

03 技术解析：大脑与机器的 “对话法则”

从结构上看，脑机接口系统由多个部分组成，但其中最核心的当属脑信号采集、脑信号解码和控制接口。它们就像是BCI的“三驾马车”，缺一不可：

脑机接口系统组成部分（图片来源于参考文献）

01 捕捉思维微光

通过电极采集大脑神经元活动产生的电信号。

根据侵入性不同，电极可分为三类：

非植入式（放置在头皮）：采集头皮表面的脑电信号，无创但易受干扰；

半植入式（放置在硬膜外、上矢状窦）：采集皮层脑电信号，信号更清晰，但需微创手术；

植入式（放置在大脑皮层内）：直接接触大脑皮层或核团，精度最高，但有创且对电极要求高。

微创血管支架电极阵列及内部组件连接示意图（图片来源于参考文献）

02 解码思维密码

采集到的脑信号数据极为庞大且包含噪声，现可借助人工智能算法进行解析，在杂乱的脑电信号中找到具体“想法”的脑信号。例如，当患者想象 “抬手” 时，运动皮层会激活特定频率的脑信号，算法通过训练识别这一模式，如同为大脑和设备搭建 “翻译桥”。

03 执行思维指令

解码后的指令驱动外部设备（如机械臂、轮椅），甚至通过触觉反馈形成闭环控制。

（图片来源于参考文献）

04 医疗应用现状：让不可能变为可能

01 清华大学：微创半植入电极，让截瘫患者 “用脑喝水”

2024 年 1 月，清华大学团队联合宣武医院完成国内首例无线微创脑机接口临床试验。截瘫患者张先生通过植入颅骨的微型芯片，仅用思维就控制机械臂完成 “拿水杯 - 送入口中” 的连贯动作。这种无需开颅的技术，将传统植入式手术风险降低 80%，为脊髓损伤患者带来新希望。

02 Neuralink：植入电极入脑，渐冻症患者重获 “数字声音”

Neuralink 的 N1 植入体采用柔性电极设计，可同步记录数千个神经元的活动，其信号分辨率达到单神经元水平。例如，2024 年 1 月 Neuralink 完成首例人体植入手术，患者 Noland Arbaugh 通过该设备实现了每分钟 15-20 个单词的光标控制，但因电极线脱落导致数据丢失，后通过算法优化恢复至初始性能的 120%。

03 Synchron：微创血管支架电极，“隔空” 操控电子设备

2019 年，澳大利亚团队通过血管将电极送入大脑，帮助四名渐冻症患者用思维发送邮件、刷推特。这种 “介入式脑机接口” 无需开颅，创伤极小，已进入美国 FDA 审批阶段。

04 北京品驰：国产脑起搏器，直击帕金森病

北京品驰的植入式脑深部电刺激设备已获批治疗帕金森病。通过向大脑特定区域发送电脉冲，它能有效缓解震颤、僵直等症状，让患者重获行动自由、减轻药物负荷。

05 未来展望：从治疗到 “进化”

正如《自然》杂志所言：“脑机接口不是医疗工具，而是人类与科技共生的新形态。”脑机接口未来发展有以下几个趋势：

神经康复革命：闭环脑机接口可实时反馈训练效果，加速中风患者神经重塑；

精神疾病新解：通过调控特定脑区，或能治疗抑郁症、强迫症等 “心灵感冒”；

人机融合未来：科幻中的 “记忆移植”“认知增强” 或许不再遥远。

结尾互动：你的 “超能力” 会是什么？

如果脑机接口技术普及，你最期待它帮你实现什么？是用思维创作音乐，还是让瘫痪者重燃奔跑的梦想？欢迎在评论区分享你的想象！—— 毕竟，人类对大脑的探索，才刚刚掀开冰山一角。

参考文献：

1.人工智能医疗器械创新合作平台脑机接口研究工作组. (2023). 脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（2023 年）. 中国信息通信研究院云计算与大数据研究所.

2.郭佳莹,杨洁莹,李耀华. 医疗领域脑机接口技术和美国FDA监管现状浅析[J]. 中国医疗器械杂志,2025,49(1):96-102.

3.《脑机接口关键科学问题、关键核心技术及其布局研究》项目组,肖松,程和平,等. 脑机接口技术发展现状及未来展望[J]. 科学与社会,2024,14(3):1-25.

4.孙雪峰,王一丹,刘平,等. 康复领域应用脑机接口技术的研究进展[J]. 中国医疗设备,2024,39(2):154-158.

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