在300微米的微孔里，重构对世界的“感知”

300微米，不过三四根发丝粗细，但在脑机接口领域，这样极小的颅骨微孔可能是让瘫痪者重新站立、让失语者重新“开口”的关键所在。2026年，脑机接口首次被写入政府工作报告，明确列为需培育发展的未来产业之一。

今日，中国科协之声与您共同走进国家科技传播中心学术发展讲堂，与类脑智能领域专家余山一起，探讨这项技术将如何重构我们对世界的“感知”。

人物简介

余山，中国认知科学学会监事长，中国科学院自动化研究所研究员、脑图谱与类脑智能实验室主任。主要从事系统与计算神经科学、类脑智能和脑机接口方向的研究。围绕大脑信息表示与学习机制这一核心科学问题持续取得原创突破，并推动神经计算原理向类脑模型转化。

大脑是宇宙已知最复杂的信息系统，某种意义上，大脑是一个封闭而孤独的器官。大脑依靠眼睛、耳、鼻等感官获取外界输入，再通过肌肉、肢体完成对外输出，这是人类与生俱来的生物交互接口。当疾病、外伤破坏这套天然接口，或是人类躯体能力跟不上大脑强大的信息处理潜能之时，脑机接口便拥有了存在的意义。从近期来讲，它可能是对于我们受损的天然的接口的一种替代，一种修复。长远来讲，可能是让我们人类大脑从束缚在颅骨里面的封闭而孤独的状态，走向未来的更广阔天地的一条革命性途径。

从定义上看，脑机接口是大脑与外部设备之间的直接信息通信的通道。按照信息流向可将脑机接口划分为“脑控”，即大脑输出指令操控设备；“控脑”，即外部信号对神经活动进行调控。信号双向流通，就构成了双向闭环的脑机接口。按照接入方式，又分为侵入式、半侵入式、非侵入式三大技术路线。脑机接口的发展根基，建立在人类对大脑硬件结构、神经元电脉冲这一“大脑语言”的科学认知之上。

“脑控”和“控脑”的差异示意

多元临床范式：不同类型脑机接口的现实探索

语言脑机接口：帮失语者把脑中想法说出来

针对渐冻症、喉部损伤造成构音障碍的患者，他们内心清楚想说什么，但肌肉已经无法完成发声动作。语言脑机接口通过植入电极采集控制喉部肌肉的运动皮层神经信号，借助AI算法解码语言意图，还可以复用患者患病前的语音样本做语音合成，还原本人音色，实现“所想即所说”。此外还有想象手写解码路线，让患者在脑中想象书写字母，解码运动皮层信号输出文字。

运动脑机接口与闭环反馈：不止意念操控，还要感知世界

经典运动脑机接口，通过植入初级运动皮层的电极读取神经信号，控制机械臂完成抓取、进食等动作。早期属于开环系统，大脑只输出控制指令，接收不到外界触觉反馈。新一代双向闭环运动脑机接口，会把机械臂抓取过程当中的握力、触觉信息编码成神经刺激信号，回传到患者的体感皮层。患者不只是操控机器，还可以实实在在“感知”到抓取物体，任务完成效率、精准度相比开环模式有明显提升。

脑-脊髓接口：绕过受损的神经通路重建运动

很多外伤造成脊髓损伤的病人，大脑本身完好，大脑指令却无法顺着受损脊髓传递到四肢。国外团队提出脑-脊髓接口方案：从大脑运动皮层提取运动控制信号，用电信号绕过受损脊髓段，直接刺激脊髓远端，重建大脑到肢体的信号通路。动物实验取得成效之后，该技术已经推进到人体临床，部分脊髓损伤患者借助辅助装备，可以实现自主站立、行走。

感觉脑机接口：重建听觉、视觉感知

感觉脑机接口属于“控脑”方向，把外界信息编码为大脑可读的刺激信号。人工耳蜗是相对成熟的听觉脑机接口代表，将声音做频率分解后刺激耳蜗，帮助上百万听损患者重获听觉。视觉重建难度更高，科研人员一方面在猕猴的初级视觉皮层做电刺激，人工生成虚拟光点，制造视知觉；另一方面国内团队研发人工视网膜器件，面向视网膜受损失明动物，使其分辨光、方位、简单形状，甚至感知红外波段，为盲人视觉修复开辟新路径。

三大核心技术方向：检测、调控、解码的未来突破方向

脑机接口有望成为全身健康调控的核心机制，未来发展取决于脑活动检测、脑活动调控、脑信息编解码三大关键技术的进步。

脑活动检测技术。当前主流以电学信号采集为主，未来需要向更高精度、更大范围、更高细胞特异性识别演进，拓展光、电、磁、化学信号的多模态检测手段。行业迫切需要发展适用于人类的高时空分辨率无损检测技术，超声等新技术成为重点探索方向。同时，余山团队探索亚毫米级微孔极微创电极植入技术，通过仅300至400微米的颅骨微孔实现柔性电极植入，大幅降低手术损伤，有望为脑机接口临床应用提供新的技术方案。

柔性电极植入机器人CyberSense 通过300微米直径颅骨微孔植入柔性电极

脑活动调控技术。追求微米-毫秒级别的高时空、细胞特异性精准调控。脑深部刺激DBS、经颅磁刺激TMS、聚焦超声等多种手段并行发展。无创调控手段是面向大众应用的优选路径。精准调控不仅用于感觉重建，也用于抑郁症等精神疾病干预，未来还有望探索记忆修复类的调控方案。

脑信息编解码技术。面对海量复杂脑活动数据，需要突破多模态信号融合，结合神经流形、计算神经科学等，搭配人工智能，提升解码精度。传统脑机接口大多直接解码底层运动方向、速度信号，使用者要耗费巨大认知精力持续微调设备。余山团队在灵长类动物上，发现前运动皮层、初级运动皮层存在类似“体内GPS”的手部位置编码神经元。由此提出新范式：不再执着底层执行信号，优先解码高层级的运动规划、运动意图信号，把繁琐的底层运动执行交给人工智能与具身智能。猕猴实验中，仅解码目标位置意图，抓取动作交由AI完成，显著降低受试者认知负荷。

参照自动驾驶的分级逻辑，余山提出脑机接口分级框架：1级可感知简单大脑状态；2级以人脑控制为主、设备辅助；3级由大脑输出意图，AI完成执行；4级AI感知环境预判人的需求；最高等级为5级“脑机合一”，操控外接设备如同支配自身躯体，实现无感操作，达成真正的脑机智能融合。

展望行业未来，余山表示，脑机接口或将带来继手机、人工智能交互之后的新一轮人机交互变革，有望成为未来智能化社会的另一项根技术。这项交叉学科技术的发展，不能单一依靠工程装备突破，神经基础研究、装备研制、临床验证需要螺旋迭代、协同共进。在技术向前推进的同时，必须保持对大脑的敬畏，重视人的主体性、神经数据隐私等伦理命题。

对谈环节，北京大学心理与认知科学学院副研究员王茜担任学术主持人，与中国科学院生物物理研究所研究员、认知科学与心理健康全国重点实验室副主任张朋，首都医科大学宣武医院神经外科功能中心副研究员、脑机接口研究型病房负责人王逸鹤，中国科学院自动化研究所研究员、脑图谱与类脑智能实验室主任余山一起，围绕脑机接口核心装备自主攻关、临床诊疗转化、全赛道产业化落地、交叉人才培养及数据伦理治理等关键议题展开深度对谈。

余山：脑机接口需要协同攻关

关于不同脑机技术路线取舍，他提出侵入式、半侵入式、非侵入式没有绝对优劣，技术路线尚未收敛，应当按需选用：高密度开骨瓣植入更适配视觉重建这类需要大量电极的场景；而高层意图提取、情绪调控等场景，采用微孔极微创植入，可实现多脑区灵活采样，更具备优势。

谈及科研-工程-临床转化链条，他认为最大瓶颈不单单是技术本身，更需要构建良性创新生态。脑机接口属于高度交叉学科，需要神经科学、工程、临床、产业多方人才高效协同，实现数据共享、快速攻关，可以借鉴人工智能领域开放协作的社区模式，形成正向循环，加速技术向临床落地。

张朋：非侵入脑机，大模型赋能下的普惠方向

张朋主要聚焦非侵入式脑机接口的研究。非侵入方案无需手术，可实现全脑信号采集，但脑电信号穿过颅骨、头皮后出现大幅衰减，信息带宽受限。他提出，在AI大模型的加持下，未来3-5年，借助大模型对微弱脑电做解析解码，非侵入脑机接口性能有望迎来显著提升。

他指出，记忆写入、意识障碍唤醒这类复杂场景，瓶颈根植于基础认知科学，如果不能破解大脑底层工作机理，再先进的硬件也无处发力。在数据隐私与科研共享之间，他提出“数据不动，模型动”的技术构想，原始脑数据保存在医院本地，仅传输拆分后的模型片段。他推测，睡眠监测与调控，是非侵入脑机接口最具备民用落地潜力的赛道。

王逸鹤：临床是技术落地的守门员

王逸鹤立足于临床实践，道出侵入式脑机接口报道之外的现实困境。用于脑活动检测的刚性电极长期植入后，胶质增生、伤口感染，会造成信号劣化甚至迫使部分临床实验终止、取出设备。

在科研走向临床的转化链条中，临床医生扮演守门员角色，每一项临床试验都必须回答患者获益与风险承担的核心问题。脑电等脑相关数据所有权归属于患者，医疗机构仅能在充分知情授权后获取使用权。电刺激这类脑活动调控手段会诱发大脑神经可塑性改变，刺激参数会带来双向生理效果，行业亟待建立明确的安全边界与监管规范。

王茜：从实验室幻视到产品，隔着漫长工程鸿沟

作为本场圆桌学术主持人，王茜结合视觉假体科研经历，讲述基础科研到产品转化的现实阵痛。实验室中通过电刺激调控脑区可以诱发彩色幻视，但是距离造出可供盲人使用的视觉假体产品，中间横跨电极材料、芯片开发、医疗器械注册等漫长的工程化环节。

她抛出混合智能下人类主体边界、盲人视觉皮层特征标定等关键议题，同时提出设想：脑机接口可以反向驯化大模型，让人工智能更加贴合人类认知模式，以此守住人机共生环境下人类的位置。

活动现场还有百余名来自相关高校、院所的大学生、研究生和中国科协青培工程入选者参加，并与嘉宾进行了热烈交流。

问题一：家属脑卒中后陷入意识障碍（植物人），脑机接口在此领域前景如何？有志于此的学生该如何准备？ 

余山表示，意识障碍的突破依靠两大支柱：一是解析意识涌现的神经科学基础，找准检测靶点与调控靶点；二是发展低创伤、高精度的脑交互工程技术，优先探索无创干预手段。有志投身该方向的学生，需要同时积累工程技术与意识神经机理相关知识，积极与临床团队开展合作。该领域整体尚处在起步阶段，发展空间广阔。张朋补充，认知科学与心理健康全国重点实验室将意识神经机制作为重要研究方向，欢迎跨学科合作。

问题二：在临床案例实施过程中，能否观测到电极刺激带来的脑神经可塑性改变？目前是否已形成明确的安全性边界？

王逸鹤介绍，当前多数脑机接口仍为单向采集信号的模式，双向闭环刺激是未来重要发展方向。临床已经证实电刺激能够诱发大脑神经可塑性，会重塑脑网络，但刺激带来的改变可好可坏，效果高度依赖刺激参数与实施条件。相应的安全规范会逐步建立，规避对患者的潜在损伤。

问题三：企业从业者深耕昼夜节律监测，正布局脑机接口方向，想了解睡眠场景下，脑机接口在科研、工程、临床层面的发展现状。 

张朋表示，睡眠是无创脑机接口极具落地价值的赛道，不同睡眠阶段具备辨识度很高的脑电特征，可实现睡眠分期，还能结合声音、无创神经调控手段改善睡眠，进一步调节由失眠引发的负面情绪，具备走进普通家庭的潜力。除脑电之外，穿戴式脑磁图也是极具前景的新技术，神经元放电会产生微弱磁场，该技术检测磁场信号，性能优于脑电，脑电与脑磁联用效果更佳。

针对主持人提出的“能否实现定时可控睡眠”的问题，张朋预判，伴随睡眠脑电AI大模型的建设迭代，3-5年内消费级睡眠脑机调控产品有望面世。

国家科技传播中心学术发展讲堂

国家科技传播中心学术发展讲堂是中国科协着力打造的一档学术栏目，突出前沿性、思辨性和传播性，面向科技工作者尤其是青年科技工作者，联动高端学术组织机构，邀请战略科学家、一流科技领军人才和卓越工程师，围绕学术前沿、学科交叉和产业融合领域的最新成果和探索实践，向科技工作者分享前沿探索、创新理论及最新研究成果，传播科学精神与科学家精神。

来源：中国科协之声微信公众号