舒凯

近年来，脑机接口技术正以前所未有的速度从实验室走向临床，尤其是侵入式脑机接口，凭借其高时空分辨率、强信噪比和闭环调控能力，成为神经康复与神经外科领域最具前景的技术范式之一。本文基于华中科技大学同济医学院附属同济医院（以下简称“同济医院”）在侵入式脑机接口领域的系统实践与研究进展，围绕技术标准、临床应用、生态建设与技术挑战等维度，对该领域的发展现状与未来方向进行阐述。

▋脑机接口技术定义

脑机接口是一种直接连接大脑电活动与外部设备的技术，旨在辅助、增强或修复认知和运动功能，其发展历程反映了神经科学、工程学和伦理学的交叉融合。侵入式脑机接口指通过手术等方式直接将电极植入大脑皮层或邻近层面，采集高质量脑电信号到脑机接口系统。侵入式脑机接口并非简单的脑信号采集或外周神经控制，而是一套具备明确路径、实时解码与闭环交互的完整技术体系。其核心标准包括以下五个方面：信号必须源自中枢神经系统（排除肌电、眼动等外周信号），采集方式须严格区分侵入/非侵入属性，信号处理需实现实时在线解码（而非离线分析），系统形态必须支持双向交互与闭环反馈机制，最终目标必须指向中枢神经功能的修复、替代或改善（而非泛化人机交互）。这五大标准为后续临床应用与技术讨论奠定严谨的学术基准。

▋侵入式脑机接口在康复领域的应用

侵入式脑机接口的发展，远不止于电极与算法的突破，更在于系统性的生态建设。同济医院脑机接口研究院系统构建了内外联动、层层推进的“八个一”支撑体系，形成了内强能力、外拓生态、全面赋能的发展格局。目前，同济医院侵入式脑机接口在康复领域的具体应用场景主要集中在运动、语言、视觉三个方面：（1）依托256通道柔性高通量电极，率先在华中地区完成半侵入式脑机接口手术，同时计划在华中地区完成全侵入式脑机接口植入术，助力高位截瘫、脑肿瘤患者肢体功能保留与意念控制康复，实现从功能保护到功能重塑。（2）创新采用脑磁图+人工智能（AI）算法，构建中文脑磁图语音数据集，实现汉语词汇无创解码；术中实时绘制语言功能“活地图”，脑肿瘤全切的同时又完好保留患者的语言能力，攻克失语康复的难题。（3）深耕视觉皮层信号解码技术，依托高通量脑机接口平台开展视觉神经通路研究，为卒中脑损伤所致视觉障碍患者搭建修复路径，助推视觉功能精准重建。

以高位截瘫患者为例，通过在中央前后回硬膜外植入电极，配合无线信号采集与气动手套，进行了为期3个月的主动康复训练。训练后患者实现了徒手抓握操作，表明其大脑发生了有序的神经重塑，但这种功能具有不稳定性，上午训练后可完成动作，下午即出现回落，印证了神经可塑性是一个渐进、动态的重建过程。长期随访显示，患者感觉平面持续下移，辅助站立时下肢支撑力明显提升。同济医院还同步推进“脑-脊髓”双植入闭环系统，即在颅内植入解码电极、在脊髓植入刺激电极，跨过损伤节段重建运动通路。此外，同济医院计划启动2项侵入式脑机接口临床试验招募，相较于半侵入式，其具备信号传输速度更快、神经信号解码更精准的优势，有望带来更优的临床治疗效果。

针对癫痫和脑肿瘤患者，同济医院尝试在术中唤醒条件下开展语言区定位与解码研究，但因唤醒时间短、麻醉风险高等限制，团队转而采用立体定向脑电结合无创语言范式，目前已实现较高准确率的语言意图识别。在视觉重建方面，同济医院率先在全球完成了定量化的复杂图形与颜色视觉重建实验，目前该研究已完成3例癫痫患者的验证，正筹备面向先天性视障人士的下一步临床试验。

▋侵入式脑机接口在神经外科常规诊疗中的应用

侵入式脑机接口的价值并不仅限于康复医学，更为深远的意义在于，其技术理念与方法正在向神经外科常规诊疗渗透。同济医院利用高通量柔性电极短期植入技术，将其拓展应用于脑肿瘤术前功能区精确定位：在不切除肿瘤的前提下，将柔性电极置于硬膜下皮层表面，留置病房监测1~2周，同步采集大量运动与语言相关脑电信号，完成个体化功能区三维勾勒。这既避免了术中唤醒带来的风险与时间压力，又降低了术后语言或运动功能障碍发生率。目前同济医院已将该技术应用于100余例患者，是国内乃至国际范围内大规模的柔性电极短期皮层监测实践之一，不仅精准界定了肿瘤与功能区的空间关系，还大幅提升了肿瘤全切率与功能保护率。

▋脑机接口的未来挑战

尽管侵入式脑机接口在临床实践中已取得诸多突破，但在数据处理、电极设计、通信方式等环节仍存在一系列亟待解决的问题。具体包括：（1）如何实现不同模态信号的融合平衡，并合理选择功能信号的采集时机；（2）如何保障伦理与隐私安全，并规范未上市产品的临床研究；（3）如何权衡神经电极的刚性或柔性、无机或有机材料选择，同时开发新的涂层材料以减轻炎症反应、延长电极寿命。（4）如何改进解码算法，以应对神经电生理信号在长时空范围内的不稳定性，并提升个体化适应能力。（5）如何优化通信方式，解决有线系统经皮连接的感染风险，以及无线系统在稳定性、尺寸及植入风险等方面的问题。（6）如何确定直接刺激或辅助康复的方法策略，并选择开环或闭环系统的参数设定。

未来，脑机接口有望通过神经成像、解码与调控，实现大脑与AI的双向交互，从单向读心升级为读写一体。这一过程将递进发展：当前以数据智能为主，聚焦AI诊断等虚拟信息处理；下一步将迈向物理智能，强调硬件与算法结合，重点提升操控精度；终极目标则是实现生物智能，人机共生，使设备融入身体并感知环境。为实现这一目标，短期需攻坚临床刚需，依托医学脑机大模型突破瘫痪、失语等治疗难题；中长期则应拓展消费级可穿戴设备，推动AI向生物智能时代跨越。

（作者：华中科技大学同济医学院附属同济医院神经外科  舒凯）