北京天坛医院 赵继宗

自人类文明诞生以来，信息交流方式的变革始终是推动文明进步的引擎。而脑机接口的出现，则标志着信息交互进入了一个崭新的纪元——大脑与数字世界的直接融合。在脑机接口中，有两个广泛的概念：BCI（brain-computer interface）和BMI（brain machine interface），二者均旨在建立大脑与外部设备之间的直接通信通道，绕开传统神经肌肉路径。前者侧重与计算机系统的深度融合（双向交互），而后者侧重机械控制，强调功能替代。为保持术语一致性，本文以“BCI”指代脑机接口技术。

BCI的兴起不仅关乎医学和技术的突破，同样关系到国家的科技竞争力、经济发展以及社会安全。BCI的长远影响，不仅限于推动医学进步，还将在社会结构、经济模式、国家安全等方面产生深远的变革。

脑机接口重塑未来医疗与人机交互

BCI是一种通过读取大脑的活动，并将这些活动转化为外部设备控制信号的技术。其通过信号采集处理、输出3个主要模块，使得大脑能够与计算机或其他电子设备直接进行信息交流与互动。BCI不仅可用于神经康复、智能增强，还能够治疗多种神经系统疾病，将成为未来医学领域的核心技术之一。

根据技术的侵入性，BCI可分为如下三类。

**非侵入式BCI：**通过不接触大脑皮层的方式采集大脑信号，如EEG、功能磁共振或近红外光谱等，风险较低，但信号精度较差，适用于智能设备控制和脑波训练等领域；

**半侵入式BCI：**通过在电极植入硬脑膜外获取神经信号，虽然风险较低，但仍需手术，设备的长期稳定性和耐用性存在挑战；

**侵入式BCI：**则通过外科手术将电极直接植入大脑皮层或深部脑结构，提供高质量信号，适用于精确神经调控，但伴随手术风险、设备寿命和免疫排斥等问题。

国产自主研发的第一例脑机接口的成功植入（左二为赵继宗教授）

目前，BCI的前沿产品主要涵盖Neuralink的硬币芯片，Neuralink的BCI增强型耳机，Precision Neuroscience的电极封装膜，Synchron血管内植入支架，Inbrain Neuroelectronics的石墨烯芯片，Blackrock Neurotech的Mesh Lace数据采集阵列等几种类型。

脑机接口前沿产品展示

脑机接口可用于多种神经系统疾病的治疗

BCI技术不仅改变了大脑与外部世界的互动方式，更为神经外科领域带来了革命性的变革：其既是一种突破性的治疗手段，又为手术技术、诊断体系和康复方式的革新提供了新视角，极大地拓宽了医学治疗的边界。

脑机接口辅助神经功能重建。随着BCI技术的发展，神经功能重建迎来了革命性变革。BCI通过实时解码大脑神经活动信号，并将其转化为可执行指令，实现对外部设备的控制，为神经修复开辟了新路径。瑞士洛桑联邦理工学院的研究采用BCI植入装置采集大脑运动指令，并将其转化为脊髓电刺激信号，绕过损伤区域，恢复运动功能，不仅恢复了大脑指令的传递能力，还促进了神经重塑与功能恢复，提供了大脑与肢体的有效连接。对于脑卒中患者，BCI技术通过精准捕捉大脑运动信号，结合功能性电刺激，能够实时调整电刺激频率与强度，从而实现个性化的康复治疗。

脑机接口可对癫痫、帕金森病等进行精准干预。神经调控技术通过向大脑特定区域植入电极进行电刺激，已在帕金森病治疗中取得显著成效。在癫痫治疗中，BCI与迷走神经刺激术结合的闭环系统可精确捕捉脑电信号，识别癫痫前兆并自动调整刺激参数，防止癫痫发作。2021年，浙江大学医学院附属第二医院成功植入了中国自主研发的首个闭环神经刺激器，用于控制癫痫。该系统通过植入式电极实时采集脑电信号，利用算法检测癫痫发作前的异常放电模式，并在发作前或发作初期提供精准电刺激，有效抑制癫痫发作，实现了BCI干预下的闭环神经刺激。BCI技术还为医生提供了更丰富的患者数据，帮助其作出更科学的治疗决策。

此外， BCI 技术，尤其是脑神经调控与增强的结合，为阿尔茨海默病等神经退行性疾病治疗带来了全新希望。BCI 通过闭环系统精准调节大脑特定区域的神经活动，能够实时监测脑电波，根据大脑信号变化进行干预，不仅能延缓病情进程，还能恢复部分记忆功能。例如，通过刺激海马体区域，增强神经元之间的连接，促进记忆痕迹的稳定存储，从而减缓认知衰退。尽管BCI在AD治疗中的前景广阔，但仍面临挑战。首先，如何精确定位和调节受损记忆区域，仍是技术发展的难题。其次，个体化治疗需克服患者脑部差异，确保优化治疗方案。

脑机接口技术仍面临信号采集精度、伦理问题等挑战

BCI技术在医疗和康复领域的潜力已逐渐显现，但在实际应用中仍面临一系列挑战，如信号采集的精确度与稳定性、技术的伦理与隐私问题等。需要进一步的技术突破、政策支持和管理审查，才能推动BCI技术在神经系统疾病治疗中的广泛应用。

信号采集是BCI系统的核心，直接影响系统性能和治疗效果。非侵入式BCI由于头皮和头骨的阻碍，信号精度有限；相比之下，侵入式BCI可提供更高精度的信号，但面临手术风险、感染及设备老化等问题。因此，如何平衡非侵入式与侵入式BCI的优缺点，仍是提升系统性能面临的巨大挑战。

BCI技术可能深入到大脑的内在活动，涉及思想、情感和记忆等敏感信息，触及“思想隐私”问题。如何保护个人隐私、确保数据的安全和合法使用，是BCI面临的重要挑战。

BCI技术研发和应用的成本较高，限制了其在医疗和康复领域的普及。为使BCI技术惠及更多患者，降低成本至关重要。除研发更低成本的设备外，还需要通过政府资助、标准化生产等途径，推动BCI的普及。

此外，加强临床验证，建立统一的BCI技术标准和操作流程，是推动BCI广泛应用的前提。

（原文刊登于《协和医学杂志》3月刊）

脑机接口：拓展人脑疆界的革命性技术与神经外科学的未来

来源: 协和医学杂志