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腦機(jī)接口的技術(shù)原理與路線

腦機(jī)接口按電極與大腦接觸程度一般分為非侵入式、半侵入式和侵入式三種技術(shù)路徑。三種路徑各有原理和特點(diǎn)，其信號獲取深度、精度和安全性存在權(quán)衡?？傮w而言，電極越靠近大腦神經(jīng)元，信號質(zhì)量越好，但對身體侵入性和風(fēng)險(xiǎn)也越高。下面分別介紹這三類腦機(jī)接口的原理、信號獲取方式及優(yōu)劣：

1.   非侵入式腦機(jī)接口

非侵入式BCI無需外科手術(shù)，在頭皮表面放置電極或傳感器采集大腦活動信號[4]。常用方法包括腦電圖（EEG）頭戴設(shè)備、近紅外光譜成像（fNIRS）等，通過頭皮檢測大腦皮層神經(jīng)元群體電活動或血流變化。由于信號需要穿過頭皮和顱骨，非侵入式信號強(qiáng)度較弱、空間分辨率有限，易受肌電、眼動和環(huán)境噪聲干擾。例如EEG的空間分辨通常>5毫米，信噪比僅約-15~5 dB。盡管如此，非侵入式方案安全無創(chuàng)、成本低、易于佩戴，適合反復(fù)長期使用和大規(guī)模人群應(yīng)用。典型非侵入式設(shè)備形態(tài)有電極帽、頭帶、粘貼式電極等，近年來還出現(xiàn)了柔性微針電極、電子紋身電極等新材料，進(jìn)一步提高了佩戴舒適性和信號質(zhì)量。非侵入式腦機(jī)接口目前廣泛用于腦電監(jiān)測、情緒識別、專注力訓(xùn)練、消費(fèi)級腦控設(shè)備等場景。其劣勢在于信號分辨率和穩(wěn)定性不如侵入式，高級意圖解碼難度較大，但勝在安全易用、普及性強(qiáng)。

2.   半侵入式腦機(jī)接口

半侵入式BCI介于侵入式和非侵入式之間，通常通過微創(chuàng)手術(shù)將電極放置在顱骨下方、硬腦膜（或腦表面）上，但不插入腦組織。這種方法包括皮層腦電圖（ECoG）電極、硬膜外或血管內(nèi)電極等形式。相比非侵入式，半侵入式電極更接近大腦皮層，能夠獲取更高質(zhì)量的信號且減少顱骨阻隔，信號強(qiáng)度及分辨率優(yōu)于非侵入式；同時因不直接刺入腦組織，又降低了侵入式方案的腦組織損傷和感染風(fēng)險(xiǎn)。半侵入式技術(shù)近年來備受關(guān)注，例如將柔性電極植入硬膜外的無線BCI裝置。清華大學(xué)洪波團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“NEO”設(shè)備即是一種侵入性最小的微創(chuàng)腦機(jī)接口：硬幣大小的柔性電極植入患者顱骨下方但不穿透硬腦膜，通過無線供電與信號傳輸實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定記錄。NEO已于2023年開始臨床試驗(yàn)，幫助高位癱瘓患者用意念恢復(fù)部分手部運(yùn)動功能。再如北京腦科學(xué)與類腦研究所研制的“北腦一號”芯片，同樣采取半侵入式方案：電極置于腦膜外即可獲取足夠信息來解碼特定詞語，無需深度開顱手術(shù)。這些半侵入式探索證明，在兼顧精度與安全方面此路徑具有巨大潛力。

3.   侵入式腦機(jī)接口

侵入式BCI需要外科手術(shù)將微電極直接植入大腦皮層或深部神經(jīng)組織，以記錄單個神經(jīng)元或小群神經(jīng)元的放電活動。由于電極直接與腦組織接觸，侵入式接口可以獲得最高時空分辨率和信噪比的原始神經(jīng)信號，精細(xì)程度可達(dá)數(shù)百微米甚至單個神經(jīng)元級別。這為復(fù)雜腦信號解碼、高難度人機(jī)交互奠定了基礎(chǔ)。然而，其代價是需要開顱手術(shù)，存在顱內(nèi)感染、出血、炎癥反應(yīng)等風(fēng)險(xiǎn)。長期植入也可能出現(xiàn)電極周圍瘢痕組織包裹、信號衰減等問題。因此目前侵入式技術(shù)多用于重癥醫(yī)療場景，例如癱瘓患者植入電極控制機(jī)械臂、鎖閉綜合征患者意念輸入文字等（這些屬于臨床研究范疇，本篇不作深入討論）。侵入式BCI代表了性能極致，但普及性受限：它成本高、對醫(yī)療條件要求高，一般僅用于無法通過非侵入手段獲益的重度癱瘓或疾病患者。近年來，侵入式技術(shù)也在不斷改進(jìn)以降低風(fēng)險(xiǎn)，例如更柔軟、更微小的電極和微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)提高植入安全性。以Neuralink公司為代表的新一代侵入式BCI，采用直徑僅幾微米的柔性電極絲，由機(jī)器人精確植入腦組織，可無線傳輸高通量數(shù)據(jù)。侵入式路徑的優(yōu)勢在于高精度、高帶寬的人機(jī)連接，但挑戰(zhàn)在于如何解決生物相容性和長期穩(wěn)定，使其在保障安全的前提下走向更廣泛應(yīng)用。

三種路徑的對比小結(jié)

總體來看，非侵入式腦機(jī)接口安全易用，但信號精度有限；侵入式性能卓越，但風(fēng)險(xiǎn)和成本較高；半侵入式試圖折中兩者，在提升信號質(zhì)量的同時盡量降低侵入性。不同應(yīng)用場景適合不同技術(shù)路線：例如消費(fèi)級人機(jī)交互更偏好非侵入式設(shè)備（強(qiáng)調(diào)方便、安全），而臨床高精度控制則往往需要侵入式方案提供足夠信號細(xì)節(jié)?？梢灶A(yù)見，未來隨著技術(shù)進(jìn)步，這三條路線將逐步走向融合：新材料、新方法可能催生“可逆植入”或“半侵入式”的新形式，既具備接近侵入式的信號質(zhì)量，又保持非侵入式的安全性。各國科研團(tuán)隊(duì)正積極探索這種融合路徑，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展與趨勢

當(dāng)前，腦機(jī)接口領(lǐng)域涌現(xiàn)出多學(xué)科交叉的創(chuàng)新技術(shù)趨勢，包括新型電極材料、信號解碼算法、AI融合以及系統(tǒng)集成等方面的突破。這些進(jìn)展正在不斷提升BCI的性能和可用性，推動技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。

1.   柔性電極與微創(chuàng)植入

材料科學(xué)的進(jìn)步使得BCI電極更柔軟、更微小，極大降低了組織損傷和免疫排斥反應(yīng)。例如，中國科學(xué)院研制的超柔性神經(jīng)電極，截面積僅為國外同類電極的1/5~1/7，柔性提高百倍，植入后對腦組織的損傷大幅減少。這類柔性電極已成功用于嚙齒動物、靈長類乃至人體的長期植入實(shí)驗(yàn)，證明其高密度、長期穩(wěn)定記錄神經(jīng)信號的能力。Neuralink的微電極絲和Synchron的血管內(nèi)電極也是在追求最小侵入的同時保證信號質(zhì)量的代表。配合先進(jìn)的立體定位和機(jī)器人手術(shù)，微創(chuàng)植入技術(shù)顯著提升了侵入式BCI的安全性。

2.   多模態(tài)信號融合

為克服單一腦信號噪聲大、信息有限的瓶頸，研究者開始融合多種腦成像和生理信號。例如，將EEG與近紅外光譜(fNIRS)聯(lián)合采集，通過算法融合，可使腦狀態(tài)分類準(zhǔn)確率提升近20%。腦電與肌電、眼動等信號的結(jié)合也可提高對用戶意圖和情緒狀態(tài)的識別準(zhǔn)確性。這種多模態(tài)腦-機(jī)信息融合成為提升非侵入式BCI性能的重要方向。

3.   AI解碼算法與神經(jīng)信號處理

大腦信號解碼是BCI的核心技術(shù)難點(diǎn)之一。近年來，人工智能特別是深度學(xué)習(xí)算法被引入BCI領(lǐng)域，顯著提升了腦信號特征提取和意圖識別能力。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）等模型可以從復(fù)雜的腦電數(shù)據(jù)中自動學(xué)習(xí)特征，提高解碼準(zhǔn)確率和實(shí)時性。研究表明，結(jié)合AI算法可將非侵入式BCI的信噪比和控制精度逐步拉近侵入式水平。例如，斯坦福大學(xué)等團(tuán)隊(duì)利用深度學(xué)習(xí)成功將腦電信號實(shí)時轉(zhuǎn)換為文本或語音，極大提高了“意念打字”的速度和準(zhǔn)確率?？梢灶A(yù)見，AI+BCI的深度融合將持續(xù)加速，未來甚至可能出現(xiàn)直接對接大模型的腦機(jī)解碼系統(tǒng)，使大腦信息以更高層語義與外界交互。

4.   無線化與可穿戴集成

擺脫有線連接，實(shí)現(xiàn)無線傳輸與供能，是BCI實(shí)用化的關(guān)鍵趨勢之一。最新的侵入式設(shè)備開始采用無線供電和數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)：例如上述NEO微創(chuàng)植入設(shè)備，無需體內(nèi)電池，可通過近場無線方式供電，并將腦信號無線發(fā)送到體外接收器?；颊咧恍柙谄つw上貼附一個小線圈，即可給植入器供電并收發(fā)數(shù)據(jù)，使用體驗(yàn)大為改善。同時，可穿戴BCI設(shè)備也追求一體化、小型化設(shè)計(jì)，將干電極、放大器、無線模塊集成到輕便頭戴中。Snap公司收購法國初創(chuàng)NextMind正是為了將小型BCI傳感器嵌入AR眼鏡等可穿戴平臺，實(shí)現(xiàn)沉浸式交互。隨著5G/6G通信和低功耗芯片的發(fā)展，未來BCI設(shè)備有望徹底告別線纜束縛，以更隱蔽便攜的形態(tài)融入日常生活。

5.   神經(jīng)調(diào)控與雙向接口

目前大部分BCI屬于單向“讀腦”接口，而雙向腦機(jī)接口（既能讀出大腦信號又能寫入刺激）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)人機(jī)深度融合的終極方向。當(dāng)下的研究已經(jīng)在嘗試結(jié)合腦刺激技術(shù)來增強(qiáng)認(rèn)知功能或執(zhí)行閉環(huán)控制。例如，非侵入式聚焦超聲刺激可以在不植入電極的情況下調(diào)節(jié)特定腦區(qū)活動，從而增強(qiáng)注意力或改善BCI解碼性能。侵入式設(shè)備則可以精確電刺激大腦，實(shí)現(xiàn)感覺反饋或治療性干預(yù)（如刺激視皮層讓盲人產(chǎn)生視覺）。未來，隨著對大腦回路機(jī)理的深入了解，BCI與腦刺激的融合將走向智能閉環(huán)：設(shè)備不僅讀出用戶意圖，也能實(shí)時對大腦施加適當(dāng)刺激以優(yōu)化認(rèn)知狀態(tài)或擴(kuò)展感知功能。這將使BCI從被動的信息接口進(jìn)化為交互式的人機(jī)共生系統(tǒng)。

新興應(yīng)用場景與案例

面向增強(qiáng)人類認(rèn)知和新型人機(jī)交互，腦機(jī)接口正在多個前沿場景中展開應(yīng)用探索。以下涵蓋了幾大典型方向，并列舉代表性的產(chǎn)品和技術(shù)案例。

人機(jī)交互與可穿戴腦控設(shè)備

利用腦機(jī)接口直接操控計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備，是最直觀的人機(jī)交互應(yīng)用之一。近年來，一批可穿戴腦控設(shè)備進(jìn)入市場，標(biāo)志著BCI從實(shí)驗(yàn)裝置走向消費(fèi)級產(chǎn)品的初步嘗試。

1.   意念操控電子設(shè)備

法國初創(chuàng)公司NextMind推出了一款僅60克重的非侵入式BCI傳感器，可佩戴在用戶后腦勺處。該設(shè)備通過檢測視覺皮層的腦電信號，將用戶“凝視”特定目標(biāo)的意圖轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)用視線和意念控制屏幕界面。例如在演示中，用戶無需動手，只需盯住屏幕上的按鈕，系統(tǒng)便能識別其大腦視覺皮層活動并執(zhí)行“點(diǎn)擊”操作。NextMind開發(fā)套件已集成到VR/AR眼鏡中，用于意念選取菜單、控制游戲等。該產(chǎn)品的出現(xiàn)表明腦控交互已走向現(xiàn)實(shí)：通過大腦信號，人們可以開燈、換電視頻道、瀏覽界面，擺脫鼠標(biāo)鍵盤或語音的束縛。社交媒體公司Snap在2022年收購NextMind，計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)用于下一代AR頭顯，提升交互的便捷性和沉浸感。

2.   腦機(jī)接口可穿戴設(shè)備

除了NextMind，市面上還有多款EEG頭戴式產(chǎn)品將腦機(jī)接口變得平民化。例如美國Emotiv公司的Epoc/X系列頭戴，可實(shí)時采集多通道腦電用于控制應(yīng)用程序或無人機(jī)等；加拿大InteraXon公司的Muse頭箍，原本用于冥想放松，如今也開放接口供開發(fā)者利用腦波做交互。開源硬件項(xiàng)目OpenBCI推出了「Galea」頭帶，集成腦電、肌電、心電等多傳感器，專為VR/AR開發(fā)者設(shè)計(jì)以探索沉浸式腦控游戲。這些設(shè)備大多采用干電極和藍(lán)牙無線，將復(fù)雜的腦信號獲取硬件縮小成可穿戴形式，讓開發(fā)者和普通用戶都能嘗試意念控制的應(yīng)用。盡管目前精度有限，但已出現(xiàn)用意念拍照、用腦波遙控機(jī)器人的有趣案例，預(yù)示著未來大眾電子產(chǎn)品可能內(nèi)置BCI模塊作為常規(guī)的人機(jī)交互手段。

情緒識別與專注力提升

利用腦機(jī)接口監(jiān)測和調(diào)節(jié)人類的內(nèi)在精神狀態(tài)，是增強(qiáng)認(rèn)知和心理健康管理的重要場景。一方面，大腦信號可以反映人的情緒壓力、注意力集中度等認(rèn)知狀態(tài)；另一方面，通過神經(jīng)反饋訓(xùn)練，BCI有潛力提升專注力、緩解焦慮等，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知能力的優(yōu)化。

1.   情緒與腦狀態(tài)監(jiān)測

腦電模式中蘊(yùn)含著情緒愉悅度、緊張度的信息。例如，當(dāng)人感到放松或?qū)Ｗr，α波和θ波功率會上升；焦慮或壓力時，β波往往增強(qiáng)。基于此原理，許多可穿戴BCI設(shè)備增加了情緒監(jiān)測功能，用于心理健康和人機(jī)互動優(yōu)化。如Emotiv的頭戴可以實(shí)時給出佩戴者的興奮度和壓力指數(shù)反饋；國內(nèi)一些智能穿戴產(chǎn)品也號稱具備“腦波測謊”“疲勞檢測”等功能，用于駕駛安全預(yù)警。雖然現(xiàn)階段情緒識別精度有限，但隨著多模態(tài)傳感融合（結(jié)合心率、皮膚電等）和AI算法進(jìn)步，讀取情緒腦信號的準(zhǔn)確性在提高。未來，這可應(yīng)用于智能家居或服務(wù)機(jī)器人，根據(jù)用戶情緒自適應(yīng)行為，從而提供更人性化的體驗(yàn)。

2.   注意力檢測與訓(xùn)練

通過腦機(jī)接口監(jiān)測注意力水平，并進(jìn)行反饋訓(xùn)練（Neurofeedback），已成為教育和醫(yī)療領(lǐng)域的熱門應(yīng)用。例如，BrainCo公司開發(fā)的Focus系列腦機(jī)接口頭環(huán)在部分學(xué)校試用，教師可以通過頭環(huán)上指示燈顏色或應(yīng)用上的分?jǐn)?shù)了解學(xué)生上課的專注程度。當(dāng)學(xué)生走神時設(shè)備亮藍(lán)燈警示，集中注意時亮紅燈鼓勵。盡管這種做法引發(fā)了對隱私和倫理的爭議，但從技術(shù)角度展示了腦機(jī)接口用于注意力監(jiān)測的可能性。另一方面，神經(jīng)反饋訓(xùn)練已用于多動癥(ADHD)兒童的注意力提升：孩子通過游戲化界面練習(xí)讓自己的腦波維持在專注模式，從而逐步提高現(xiàn)實(shí)中的注意力控制。一些商業(yè)產(chǎn)品（如Muse頭箍的冥想訓(xùn)練應(yīng)用）則通過實(shí)時聲音反饋引導(dǎo)用戶進(jìn)入放松專注的腦狀態(tài)，被用于減壓和改善專注力?？傮w而言，專注力腦機(jī)接口結(jié)合游戲和正向強(qiáng)化機(jī)制，有潛力幫助大眾改善學(xué)習(xí)和工作的注意力品質(zhì)。

腦機(jī)游戲與沉浸式元宇宙

在娛樂游戲和虛擬沉浸領(lǐng)域，腦機(jī)接口正在打開全新的交互方式。相比傳統(tǒng)手柄和體感設(shè)備，BCI能夠捕捉玩家更直接的意圖和心理狀態(tài)，使“用意識玩游戲”成為可能。這被視為構(gòu)建未來元宇宙的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使虛擬世界與玩家大腦高度融合。

1.   意念游戲控制

早期已經(jīng)有腦機(jī)游戲的雛形問世，如著名的“MindFlex”玩具利用簡單EEG信號讓玩家用專注度高低來控制球的升降。在科研實(shí)驗(yàn)中，BrainGate項(xiàng)目的癱瘓志愿者通過植入電極實(shí)現(xiàn)了用意念玩簡單電子游戲。2021年Neuralink演示中，一只植入芯片的猴子成功用腦信號玩乒乓游戲Pong——盡管只是實(shí)驗(yàn)，但展示了BCI用于游戲控制的可行性。如今，隨著非侵入式設(shè)備改進(jìn)，普通玩家也能嘗試意念游戲：如Puzzlebox推出的腦控?zé)o人機(jī)玩具，通過放松/專注腦波控制起降；Neurable公司開發(fā)的VR游戲模塊，讓玩家用腦電選擇游戲中的路徑或?qū)ο?。腦機(jī)接口帶來的“心靈操作”極大增強(qiáng)了游戲的沉浸感與新奇度，被認(rèn)為是未來游戲體驗(yàn)的一個革命方向。

2.   元宇宙中的腦機(jī)融合

元宇宙（Metaverse）概念強(qiáng)調(diào)沉浸式的虛擬世界和現(xiàn)實(shí)的融合。腦機(jī)接口可以為元宇宙提供更直接自然的交互渠道，以及更深層的沉浸體驗(yàn)。想象在未來的虛擬世界中，用戶無需控制器，只需憑意念即可移動虛擬身體、操控虛擬對象，甚至可以將自己的情緒狀態(tài)即時傳遞給虛擬形象。當(dāng)前，一些VR廠商已經(jīng)著手將BCI集成到頭顯中獲取用戶的腦負(fù)荷和情緒，以動態(tài)調(diào)整VR場景。例如Valve公司就曾研究腦機(jī)數(shù)據(jù)用于改變游戲難度，使游戲體驗(yàn)貼合玩家心理狀態(tài)。再如社交巨頭Meta投資的CTRL-Labs，則試圖通過神經(jīng)信號（手部神經(jīng)的肌電）來操控AR交互，這是腦機(jī)接口的變體形式。在國內(nèi)，網(wǎng)易、騰訊等也對“腦機(jī)游戲”表現(xiàn)出興趣。雖然真正的全沉浸腦機(jī)虛擬體驗(yàn)尚需時日，但目前的趨勢表明：腦機(jī)接口將成為元宇宙的重要接口技術(shù)之一，使人們能夠更直接地將意識接入數(shù)字世界，達(dá)到前所未有的沉浸和交互自由度。

中國的發(fā)展態(tài)勢：布局與比較

近年來，中國將腦機(jī)接口作為戰(zhàn)略性前沿技術(shù)高度重視，在政策支持、科研投入和產(chǎn)業(yè)布局上多線推進(jìn)，取得了一系列突破性進(jìn)展。2016年，“腦科學(xué)與類腦研究”被正式列入國家五年規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，“中國腦計(jì)劃”隨之啟動，旨在理解腦原理、模擬腦智能，并在此基礎(chǔ)上推動包括腦機(jī)接口在內(nèi)的應(yīng)用創(chuàng)新。政府部門相繼出臺了《新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)航工程實(shí)施方案(2023-2035年)》和《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》等政策文件，將腦機(jī)接口列為未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)方向之一。在國家政策引導(dǎo)和資金支持下，中國的腦機(jī)接口研究與產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在形成自身特色，與歐美同步競爭。

1.   科研與臨床突破

中國科研團(tuán)隊(duì)在侵入式腦機(jī)接口方面已躋身全球先進(jìn)行列。2023年，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心聯(lián)合附屬醫(yī)院開展了首例侵入式BCI人體臨床試驗(yàn)，成功為一名重度癱瘓患者植入國產(chǎn)電極并實(shí)現(xiàn)腦機(jī)控制。這標(biāo)志著中國成為繼美國之后全球第二個進(jìn)入侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)階段的國家。該團(tuán)隊(duì)研制的超柔性微電極尺寸全球最小，柔性最強(qiáng)，植入6個月后98%以上通道仍有效工作，解決了植入電極長期信號衰減的難題。2025年初，北京腦科學(xué)與類腦研究所完成了首批柔性無線半侵入式腦機(jī)接口的人體植入試驗(yàn)——即上述“北腦一號”芯片，已在5名ALS等患者身上植入。其中一位67歲漸凍癥失語患者通過系統(tǒng)解碼腦信號，在屏幕上輸出了“我想吃飯”的漢字，實(shí)現(xiàn)了閉鎖患者與外界交流的突破。這是國際上首次實(shí)現(xiàn)失語患者大腦信號的無線實(shí)時解碼，為恢復(fù)語言交流帶來了希望。此外，“北腦一號”讓癱瘓患者能夠隔空控制計(jì)算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動肌肉刺激器促進(jìn)肢體復(fù)健。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)研制的硬膜外無線腦機(jī)接口設(shè)備NEO入選英國《自然》雜志評選的2025年值得關(guān)注的科學(xué)事件。該設(shè)備通過腦膜外植入+無線供能傳輸實(shí)現(xiàn)長期腦機(jī)連接，不損傷腦組織，已于2023年在北京宣武醫(yī)院開展臨床，幫助高位截癱患者實(shí)現(xiàn)腦控手部動作。這些成果表明，中國團(tuán)隊(duì)在柔性植入、無線傳輸、實(shí)時解碼等方面取得了重要突破，逐步形成了與美國不同而具有中國特色的技術(shù)路線（如偏重微創(chuàng)植入和無線系統(tǒng)）。

2.   高校與研究機(jī)構(gòu)布局

中國的腦機(jī)接口研發(fā)力量主要分布在頂尖高校和國家級研究機(jī)構(gòu)，形成“政產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的布局。中科院、北京大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)、華南理工大學(xué)等都建立了專門的腦機(jī)接口或類腦研究中心。例如，華南理工大學(xué)李遠(yuǎn)清團(tuán)隊(duì)早在2007年成立腦機(jī)接口研究中心，擁有腦電采集、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人等完整平臺，近年推出防暈車腦機(jī)接口等創(chuàng)新產(chǎn)品。天津大學(xué)與中電集團(tuán)合作于2019年發(fā)布了全球首款腦機(jī)接口專用芯片“腦語者”，這是一款高集成度的BCI信號處理芯片，能高效分離腦電信號與噪聲，體現(xiàn)了自主核心芯片研發(fā)能力。清華大學(xué)類腦計(jì)算中心施路平團(tuán)隊(duì)則聚焦于類腦芯片與智能算法，研制出世界首款異構(gòu)融合類腦計(jì)算芯片“天機(jī)芯”，在《Nature》發(fā)表并登上封面。雖然“天機(jī)芯”主要用于通用人工智能運(yùn)算，但其神經(jīng)形態(tài)計(jì)算特性未來可與腦機(jī)接口信號處理相結(jié)合，提高處理效率?？傮w上，中國高校在高速無創(chuàng)BCI輸入、跨模態(tài)解碼算法、神經(jīng)芯片等方面各有專長，形成協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。此外，中國腦科學(xué)與類腦研究中心（俗稱“天橋腦科學(xué)研究院”）等新型機(jī)構(gòu)由企業(yè)和研究所聯(lián)合成立，旨在打通基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開發(fā)的鏈條，在腦機(jī)接口等方向承擔(dān)國家任務(wù)。

3.   企業(yè)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)

在產(chǎn)業(yè)界，一批中國創(chuàng)業(yè)公司和企業(yè)也投入腦機(jī)接口賽道，涵蓋上游核心器件、中游系統(tǒng)方案和下游應(yīng)用服務(wù)。例如，腦虎科技（NeuroXess）專注于高密度柔性腦電極研發(fā)，被視為國內(nèi)侵入式電極的代表廠商。該公司與復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院合作，于2025年1月完成了一項(xiàng)侵入式柔性電極實(shí)時腦機(jī)解碼實(shí)驗(yàn)：一名患者用腦中構(gòu)思的“2025新年快樂”成功通過機(jī)械臂比劃出愛心手勢，實(shí)現(xiàn)了意念發(fā)送新年祝福。這一案例展示了國產(chǎn)柔性電極和實(shí)時漢語解碼的先進(jìn)性：受試者還實(shí)現(xiàn)了將腦信號合成語音、驅(qū)動虛擬數(shù)字人以及對接對話式AI大模型等功能，初步證明了人腦與新一代AI直接交互的可能。另一家領(lǐng)軍企業(yè)博?？担∟euracle）則從非侵入式起步，逐步延伸到半侵入式臨床產(chǎn)品開發(fā)。博?？蹬c清華大學(xué)合作的NEO設(shè)備成為中國首款進(jìn)入創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查綠色通道的腦機(jī)接口產(chǎn)品，并在上海完成多例植入試驗(yàn)，驗(yàn)證了其安全有效性。階梯醫(yī)療等新銳公司則專注于腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。另有初創(chuàng)公司開發(fā)消費(fèi)級腦機(jī)游戲和教育產(chǎn)品。資本市場同樣表現(xiàn)出濃厚興趣：馬斯克Neuralink每有進(jìn)展，A股相關(guān)概念股便大漲，表明投資者對這一未來產(chǎn)業(yè)的預(yù)期高漲。總體而言，中國正形成涵蓋核心硬件（電極、芯片）、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用服務(wù)的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)鏈。政府也在搭建公共研發(fā)平臺、制定標(biāo)準(zhǔn)檢測體系，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，目標(biāo)是在2027年前后實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)與臨床應(yīng)用的突破并初步建成產(chǎn)業(yè)生態(tài)。這一雄心勃勃的計(jì)劃體現(xiàn)了中國在腦機(jī)接口領(lǐng)域迎頭趕上、重點(diǎn)超越的策略，與美國以市場驅(qū)動、公司主導(dǎo)的發(fā)展模式形成對比。

4.   全球比較

縱觀國際，腦機(jī)接口技術(shù)仍由美歐科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)引領(lǐng)，但中國的差距正迅速縮小甚至在某些方面并跑。美國在侵入式臨床試驗(yàn)上起步較早：2019年起Synchron公司陸續(xù)完成多例人體植入，Neuralink也于2024年完成首例人體芯片植入并實(shí)現(xiàn)腦控光標(biāo)。美團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)造了腦機(jī)解碼語音97%準(zhǔn)確率的紀(jì)錄。相比之下，中國雖然在90年代后才開始布局腦科學(xué)，但憑借集中力量投入，已在非侵入式BCI研究方面達(dá)到發(fā)達(dá)國家相當(dāng)水準(zhǔn)，并努力攻克應(yīng)用瓶頸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。尤其在柔性電極、無線半侵入式等新興方向上，中國方案具有特色優(yōu)勢（如前述北腦一號等）。CNN的報(bào)道評價稱：“中國當(dāng)前在該領(lǐng)域正迎頭趕上，在復(fù)雜性上與美國和英國相當(dāng)”。可以預(yù)見，未來腦機(jī)接口將呈現(xiàn)多國競相發(fā)展的局面：中國依托龐大應(yīng)用市場和政策支持，可能在應(yīng)用落地速度上占優(yōu)，而美國在基礎(chǔ)研究積累和尖端創(chuàng)新上仍具強(qiáng)勢。兩者在此新興技術(shù)上的競爭與合作，將共同推動全球腦機(jī)接口走向成熟。

趨勢影響：對產(chǎn)品研發(fā)、商業(yè)模式與行業(yè)格局的重塑

集成化趨勢正在深刻影響健康器械行業(yè)的方方面面，帶來一系列變化和機(jī)遇：

1.   研發(fā)與創(chuàng)新模式轉(zhuǎn)變

集成化要求更高的技術(shù)復(fù)合與協(xié)同創(chuàng)新，推動企業(yè)研發(fā)從單一領(lǐng)域向多學(xué)科融合拓展。在產(chǎn)品研發(fā)上，過去醫(yī)療器械企業(yè)可能專注于某一傳感技術(shù)或單項(xiàng)功能，而現(xiàn)在需要綜合運(yùn)用電子工程、生物傳感、算法AI、軟件開發(fā)等多方面技術(shù)，才能打造出集成化產(chǎn)品。這促使企業(yè)內(nèi)部打破部門壁壘，建立跨學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。例如，為研制一款集成健康終端，工程師需要解決多傳感器在有限空間內(nèi)的電磁兼容、功耗分配、數(shù)據(jù)融合算法、高可靠性材料等一系列挑戰(zhàn)，對研發(fā)能力提出更高要求。同時，垂直整合成為趨勢：一些行業(yè)領(lǐng)先者通過自主研發(fā)芯片、算法和傳感器，實(shí)現(xiàn)軟硬件一體化的垂直集成，構(gòu)筑競爭壁壘。華為就是通過“自研芯片 + 算法 + 傳感器”的垂直整合，建立起難以復(fù)制的技術(shù)護(hù)城河，在醫(yī)療級監(jiān)測上取得突破。此外，集成化催生了很多新技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，比如多參數(shù)傳感的新型材料、邊緣AI計(jì)算技術(shù)、設(shè)備微型化封裝工藝、低功耗廣域聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等等?？梢哉f，集成化正成為健康器械技術(shù)創(chuàng)新的主要方向之一，引領(lǐng)行業(yè)研發(fā)投入流向這些前沿領(lǐng)域。那些善于整合多種創(chuàng)新并持續(xù)投入研發(fā)的企業(yè)，才可能在未來競爭中立于不敗之地。

2.   商業(yè)模式演進(jìn)

隨著產(chǎn)品與服務(wù)的融合，健康器械的商業(yè)模式也在發(fā)生革新。從前企業(yè)以一次性賣設(shè)備獲利為主，而集成化趨勢下，持續(xù)服務(wù)收入和生態(tài)運(yùn)營變得更重要。一方面，廠商可以圍繞集成設(shè)備提供訂閱式服務(wù)，如數(shù)據(jù)分析報(bào)告、遠(yuǎn)程問診咨詢、健康指導(dǎo)等，實(shí)現(xiàn)硬件+服務(wù)的組合銷售。這種“硬件即平臺、服務(wù)訂閱變現(xiàn)”的模式在國外如Apple Watch+Fitness+、Fitbit服務(wù)等已有成功案例，在國內(nèi)也開始萌芽。正如Canalys分析所指出，華為等廠商已在探索健康訂閱服務(wù)和B2B2C合作等商業(yè)模式創(chuàng)新。例如，智能手表捆綁推出會員服務(wù)，定期提供深度健康報(bào)告；或與保險(xiǎn)公司合作，根據(jù)可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)定制保險(xiǎn)產(chǎn)品。這些都為企業(yè)帶來長期穩(wěn)定的收入，而非僅依賴硬件銷售的單次收益。另一方面，跨界合作、生態(tài)共贏成為商業(yè)模式的新特征。集成化設(shè)備需要引入醫(yī)療資源、健身內(nèi)容等第三方服務(wù)，與外部伙伴共同為用戶提供完整解決方案。例如某公司可能與連鎖體檢機(jī)構(gòu)合作，把家用健康設(shè)備接入體檢服務(wù)體系，或者與醫(yī)聯(lián)體平臺合作，由后者為設(shè)備用戶提供醫(yī)生咨詢。這種多方協(xié)同服務(wù)能提升用戶價值，但也要求建立合理的商業(yè)分成和合作機(jī)制?？傮w而言，集成化促使行業(yè)從賣產(chǎn)品轉(zhuǎn)向經(jīng)營用戶健康數(shù)據(jù)和服務(wù)的新商業(yè)邏輯：企業(yè)競爭的不只是產(chǎn)品性能，還有服務(wù)質(zhì)量和生態(tài)規(guī)模。誰能構(gòu)建起強(qiáng)大的健康服務(wù)生態(tài)閉環(huán)，誰就能獲得持久的用戶黏性和商業(yè)收益。這無疑重塑了行業(yè)的價值分配方式和盈利模式。

3.   行業(yè)邊界與競爭格局變化

集成化加速了醫(yī)療、科技、體育健康等領(lǐng)域的跨界融合，行業(yè)邊界日益模糊。一方面，科技巨頭、消費(fèi)電子企業(yè)正大舉進(jìn)入健康器械領(lǐng)域，帶來了數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)醫(yī)療器械的結(jié)合創(chuàng)新。小米、華為、OPPO等公司推出健康硬件只是第一步，它們憑借在IoT、智能手機(jī)生態(tài)方面的優(yōu)勢，將可穿戴、家用健康設(shè)備與其現(xiàn)有生態(tài)打通，形成對傳統(tǒng)醫(yī)療器械公司的跨界競爭壓力。與此同時，傳統(tǒng)醫(yī)療器械龍頭企業(yè)也在向家庭健康、可穿戴方向延伸產(chǎn)品線，與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)爭奪C端用戶。例如，醫(yī)院監(jiān)護(hù)設(shè)備廠商推出家用監(jiān)測設(shè)備，康復(fù)器械企業(yè)開發(fā)智能運(yùn)動監(jiān)測產(chǎn)品等。各行業(yè)巨頭割據(jù)、多領(lǐng)域競合的復(fù)雜態(tài)勢逐漸形成。另一方面，不同行業(yè)之間開始協(xié)同共生。醫(yī)療服務(wù)提供方與設(shè)備廠商、科技公司間的合作變得緊密，例如醫(yī)院或診所與設(shè)備公司聯(lián)合開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)測解決方案，共享數(shù)據(jù)和客戶資源。這種跨行業(yè)協(xié)同可以看作新的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，目的是一起打造覆蓋全場景的健康解決方案。政策層面也在鼓勵“醫(yī)+工”“醫(yī)+健”“醫(yī)+養(yǎng)”等跨界融合，催生新業(yè)態(tài)。長期來看，集成化趨勢將使健康產(chǎn)業(yè)生態(tài)更加開放，共生共贏的產(chǎn)業(yè)協(xié)同成為主流，單打獨(dú)斗者將難以適應(yīng)。行業(yè)整合也在加速，資源在向頭部企業(yè)集中：具備生態(tài)整合能力的企業(yè)通過并購合作，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈，在多個細(xì)分領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢?？梢灶A(yù)見，未來健康器械行業(yè)的版圖將由少數(shù)幾個綜合生態(tài)型企業(yè)和眾多專業(yè)垂直小巨頭共同構(gòu)成，形成“平臺生態(tài)+專業(yè)模塊”的格局。對于整個產(chǎn)業(yè)而言，這意味著競爭焦點(diǎn)從單一產(chǎn)品性能拓展到生態(tài)系統(tǒng)之爭，行業(yè)邊界的消融將帶來新的競爭秩序和合作機(jī)遇。

4.   產(chǎn)業(yè)協(xié)同和監(jiān)管配套

集成化趨勢還對產(chǎn)業(yè)協(xié)同和監(jiān)管提出了新要求。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)、服務(wù)的深度集成，產(chǎn)業(yè)鏈上下游需要更緊密協(xié)同。例如，芯片、傳感器供應(yīng)商需要與整機(jī)廠商聯(lián)合開發(fā)定制方案；醫(yī)療AI算法公司需要與硬件廠商合作優(yōu)化算法在設(shè)備端的部署；醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)需要參與設(shè)備數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用對接等。這要求建立開放合作的平臺，使不同主體能夠基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行協(xié)作創(chuàng)新。同時，政府和行業(yè)協(xié)會在推動標(biāo)準(zhǔn)化、互聯(lián)互通上將扮演重要角色，只有解決好接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)規(guī)范問題，集成化生態(tài)才能高效運(yùn)行。監(jiān)管方面，集成化產(chǎn)品往往橫跨消費(fèi)電子和醫(yī)療器械領(lǐng)域，現(xiàn)行監(jiān)管體系需要與時俱進(jìn)。例如，可穿戴健康設(shè)備若聲稱醫(yī)療級功能，是否納入醫(yī)療器械監(jiān)管？其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如何在醫(yī)療行為中使用？這些都需要明確的監(jiān)管指導(dǎo)。當(dāng)前我國對智能可穿戴健康設(shè)備的監(jiān)管尚未完全規(guī)范，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也亟待建立。未來監(jiān)管部門 likely 會出臺針對數(shù)字健康設(shè)備的分級分類監(jiān)管辦法，既鼓勵創(chuàng)新又保障安全有效。此外，涉及用戶敏感健康數(shù)據(jù)的隱私安全問題也備受關(guān)注，集成化意味著數(shù)據(jù)更多地在云端和不同機(jī)構(gòu)間流動，如何確保用戶隱私受保護(hù)、數(shù)據(jù)使用合規(guī)，是政策制定者和從業(yè)者必須解決的重要課題。總體來說，集成化驅(qū)動產(chǎn)業(yè)走向協(xié)同開放的新階段，同時也對標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、監(jiān)管和法律保障提出了更高要求。

挑戰(zhàn)與未來展望

盡管腦機(jī)接口前景誘人，但要真正實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)認(rèn)知與人機(jī)融合的愿景，仍有諸多技術(shù)和倫理挑戰(zhàn)需要克服，同時也孕育著新的突破機(jī)遇。

技術(shù)瓶頸

首先是信號質(zhì)量與穩(wěn)定性問題：非侵入式BCI需要進(jìn)一步提高腦信號采集精度，提升空間分辨率并抑制運(yùn)動偽跡和環(huán)境噪聲；侵入式BCI則亟待解決長期植入的生物相容性難題，防止電極被組織包裹導(dǎo)致半年左右信號衰減嚴(yán)重。提高電極材料的抗排異性能、開發(fā)新型涂層減少炎癥反應(yīng)，是延長侵入式設(shè)備壽命的關(guān)鍵。其次，核心芯片和算法方面仍需創(chuàng)新：目前神經(jīng)信號采集/處理專用芯片較為缺乏，系統(tǒng)功耗、帶寬有限。要實(shí)現(xiàn)高通道、高速率的實(shí)時腦機(jī)通信，必須研制針對神經(jīng)信號優(yōu)化的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、無線傳輸芯片等，并在算法上優(yōu)化解碼效率，做到在可穿戴設(shè)備上實(shí)時運(yùn)行復(fù)雜AI模型。再次，通用性與個體差異是挑戰(zhàn)：大腦信號因人而異且隨時間變化，如何讓BCI系統(tǒng)對不同用戶和跨日使用保持穩(wěn)定，需要引入自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法，不斷調(diào)校和校準(zhǔn)系統(tǒng)。此外，安全性也是瓶頸之一——無論侵入式還是非侵入式設(shè)備，都需確保硬件可靠不傷害用戶，比如植入式要防止過熱和感染，非侵入式也要注意長時間佩戴的舒適和皮膚健康。

倫理與隱私

腦機(jī)接口進(jìn)入日常生活后，將帶來前所未有的倫理和法律問題。首當(dāng)其沖的是神經(jīng)隱私：通過BCI讀取腦信號有可能“窺探”用戶的部分想法和狀態(tài)，如果數(shù)據(jù)被不當(dāng)使用或泄露，后果不堪設(shè)想。需要明確界定腦數(shù)據(jù)的所有權(quán)和使用規(guī)范，防止出現(xiàn)“讀心術(shù)”被濫用的情況。與此同時，假以時日腦機(jī)接口或許能增強(qiáng)人類某些認(rèn)知能力（如記憶、注意），這可能引發(fā)公平性和身份認(rèn)同的討論：如果有人成為“強(qiáng)化人類”，社會如何看待與未增強(qiáng)者的關(guān)系？大腦植入設(shè)備還涉及醫(yī)療倫理，必須經(jīng)過嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)和長期風(fēng)險(xiǎn)評估，確?！翱沙蜂N”“盡量無害”等原則。各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要提前介入，對腦機(jī)接口的研發(fā)和應(yīng)用制定法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。在國際層面，也需要就腦數(shù)據(jù)保護(hù)和相關(guān)倫理準(zhǔn)則達(dá)成共識，防止技術(shù)被用于軍事或違法目的。只有建立完善的法律和倫理框架，公眾才能信任并接受腦機(jī)接口技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

未來展望

展望未來5-10年，腦機(jī)接口有望在特定領(lǐng)域率先實(shí)用化并逐步拓展影響力。在醫(yī)療上，隨著一批臨床試驗(yàn)推進(jìn)，我們或?qū)⒖吹街踩胧紹CI輔助癱瘓患者日常生活的實(shí)例，實(shí)現(xiàn)用意念打字、控制輪椅機(jī)械臂等功能，讓失去行動能力的人重獲一定自主。在消費(fèi)科技方面，非侵入式BCI可能逐步融入娛樂和可穿戴設(shè)備，腦控游戲和情緒自適應(yīng)軟件走入大眾市場，成為賣點(diǎn)功能之一。元宇宙中的腦機(jī)互動也許從科幻走進(jìn)原型驗(yàn)證階段，一些高端VR設(shè)備開始標(biāo)配簡單腦電傳感器用于優(yōu)化用戶體驗(yàn)。教育和訓(xùn)練領(lǐng)域，腦機(jī)接口輔助個性化教學(xué)和專注力培養(yǎng)的應(yīng)用會更加成熟，并產(chǎn)生新的教學(xué)模式。更遠(yuǎn)的將來（例如2030年代），如果技術(shù)持續(xù)突破，我們可以想象更深層次的人機(jī)融合場景：通過高帶寬雙向腦機(jī)接口，人類或許能夠直接訪問外部計(jì)算資源擴(kuò)展認(rèn)知（如即時搜索記憶、交流復(fù)雜思想給他人），甚至實(shí)現(xiàn)簡單的腦與腦通信。伊隆·馬斯克曾描繪“全腦接口”藍(lán)圖，讓人腦與AI以高速連接，防止人工智能甩下人類。無論這一愿景多么超前，其背后的驅(qū)動力均指向同一方向——增強(qiáng)人類本身的能力邊界。腦機(jī)接口正是通往這一方向的重要路徑之一。