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科技日报记者 房琳琳 陈春有 龙云 龚茜 策划 冯卫东 房琳琳
8月26日，湖北孝感的邱先生戴上特制智能眼镜，打开开关的一瞬间，黑暗了4年的世界突然涌入“光亮”。
邱先生今年60岁，因视网膜色素变性已失明4年。
今年7月8日，武汉大学人民医院（湖北省人民医院）眼耳鼻喉医院院长肖璇教授团队在不穿透眼球的情况下，将一枚刺激芯片植入他的眼白（巩膜）。一个多月后，他已能辨认和书写汉字、准确抓取物品。
这是全球首例“高分辨率半侵入式视网膜脑机接口”临床应用获得安全有效成果的病例。虽然该项技术尚未帮助患者开启彩色高清视界，但实现了从“无光”到“有光、有轮廓”的历史性跨越。
而这只是今年国内脑机接口领域临床试验取得的众多突破之一。
《柳叶刀·神经病学》数据显示，2021年全球有34亿人患有各类神经系统疾病，占总人口43.1%——这是目前该领域最新的全球流行病学统计数据。
庞大的临床需求面前，脑机接口被寄予厚望。
当前，脑机接口已被列为“十五五”规划纲要明确支持的六大未来产业之一，全国多地正加大布局力度。据《中国脑机接口商业化前瞻报告》预测，2026年脑机接口市场规模有望突破50亿元人民币并保持高速增长，到2030年这一数字将达到150亿元。
然而，这一新兴产业，究竟发展到了哪一阶段？有哪些可喜的突破，又面临哪些技术痛点？近日，记者采访了有关专家、学者和产业界人士。
从概念到临床的跨越
脑机接口的求索之路，跨越了百年时光。
早在1924年，德国医生汉斯·贝格尔就记录下人类的脑电波，证实大脑活动会产生可被捕捉的电信号，为脑机交互埋下科学的种子。但在很长一段时间里，人类只能够记录脑电波，谈不上用大脑信号直接操控外部设备。
1969年，科学家完成标志性动物实验，通过植入电极，让猴子依靠自身神经元放电直接驱动外部仪表，第一次证明大脑神经信号可以绕过身体外周神经，直接对外输出指令。彼时这一技术更多局限于动物实验室，距离人体应用十分遥远。
1973年，“脑机接口”这一概念被正式提出。此后二三十年，全球科研人员搭建早期脑电字符拼写系统、运动想象控制系统等一批原型系统，完成大量原理验证。但因为电极材料、信号解码算法的限制，系统带宽低、稳定性差，这类系统大多只能在实验室环境内运行，难以惠及真实病患。
进入21世纪，材料科学、人工智能算法、神经科学同步发展，侵入式、半侵入式、非侵入式多条技术路线并行迭代。刚性硅基电极率先用于人体试验，却又暴露出炎症反应、组织排异等难以回避的现实难题；非侵入式设备使用门槛低，但受颅骨阻隔，信号质量先天受限。各国陆续将脑机接口纳入重大科研布局，国内高校科研团队也开始持续积累电极、解码、动物实验相关技术。
直至最近十余年，随着人体临床试验接连取得突破，这项技术才真正走进公众视野。
上海交通大学医学院松江研究院研究员王杰评价，脑机接口已完成了从科学构想到临床探索的关键跨越。
“从全球范围看，当前，我国在无创脑机接口的微弱信号提取、大指令集及传输速度等方面，已处于世界领先地位，在部分应用场景和规模化有组织科研方面具备优势，部分核心技术甚至处于领跑的水平。”天津大学医学部药物科学与技术学院院长、脑机海河实验室副主任刘秀云说。
电子科技大学教授尧德中认为，脑机接口如同一个快速成长的“孩童”，相关研究成果不断涌现。此前，他的团队研发了闭环睡眠调控产品，采用电磁调控技术，可将入睡时间缩短约25%，相关产品即将上市。但他也清醒地看到，市面上不少打着脑机接口旗号的应用，更像是“用脑电波开灯”式的炫技，看起来很酷，却未必能解决真实问题。
“目前，脑机接口技术只能解析移动光标、操控机械臂这类简单运动意图，更类似‘神经版鼠标’，而非思想解析器。”尧德中说，人脑拥有海量神经元与复杂神经网络，而现有脑电采集能力十分有限，还无法解读人脑的喜好、情绪、思考内容这类复杂意识。
上海交通大学医学院松江研究院研究员高郑润也注意到一个现象，当前，企业界、学术界各搞各的，没有形成合力。“技术交流往往受知识产权壁垒阻隔，不同团队在基础问题上反复‘造轮子’，同样的算法有人做了三遍，同样的数据采集流程有人建了五套，有限的研发资源被稀释在低水平重复中。”高郑润认为，这种状况亟须改变。
在国家重点研发计划项目首席科学家、杭州暖芯迦电子科技有限公司创始人杨佳威看来，“爆发潜力”与“成长阵痛”并存，恰恰说明这项技术正处在从实验室走向社会的关键拐点——有真问题需要解决，也有真动力倒逼行业走向规范。
加速起飞需突破四道关卡
受访专家指出，脑机接口这个“孩童”在成长过程中面临多重挑战。
从实验室到量产的材料难题，是第一道关卡。
脑机接口的硬件核心是电极，而电极的命运，很大程度上取决于材料。
“这是生物相容性的困境。”高郑润解释，传统硬质电极的机械性能与脑组织差异较大，植入后会迅速触发炎症和异物反应，胶质细胞在电极周围聚集，并在数周内逐渐形成胶质瘢痕。这层“屏障”会增大电极与神经元之间的距离，阻碍神经信号采集，导致记录质量下降。
硬质电极的局限，倒逼研究者从材料源头寻找新路。
王杰介绍，研发水凝胶、柔性电极正是为了破解这一困境——通过降低机械损伤和免疫反应，延长电极的稳定工作寿命。当前，这两种材料已在实验室和小范围临床验证中取得进展，但从实验室到量产，还有很长的路要走。
原因在于，“脑机接口的材料研发与传统医学研究路径相反，需先在动物实验中、受试者身上验证有效性，再补理论依据”。王杰强调，目前的小范围临床验证只能说明“能用”，长期安全性、组织相容性等关键数据尚未补齐，而这些恰恰是量产前必须完成的功课。
“制造工艺是横亘在实验室与量产之间的另一道关卡。”王杰说。
当前，制造工艺尚未成熟。他向记者介绍，实验室阶段，研究人员可以手工做出高精度样品，但一旦进入规模化生产，微米级多层结构的良率控制、封装长期防腐蚀、无菌批量生产、成本控制等一系列难题接踵而至。目前这些环节的品控体系尚未建立，单件成本极高。
硬件之外，信号端的“读”“写”技术难题同样棘手。
脑机接口分两条腿走路——一条是“读脑”，采集解码信号；一条是“写脑”，精准调控神经。目前，“读脑”已实现基础层面的可用，而“写脑”的攻坚仍在继续。
“脑电信号噪音非常大，如何提取特征脑电、实现无损无害的精准靶向调控，是目前最大的技术难题。”王杰举例说，2017年，时间干涉电刺激技术仅能调控单个脑区，而大脑左右半球对称，单脑区调控易引发神经信号“此消彼长”的流动效应——这边压下去，那边冒出来。
直到今年，王杰的团队才刚实现对双脑区的同步调控。从单点到双点，花了整整6年。
“但双点调控也只是向前迈了一小步。如何实现精准脑区的精准靶向调控是一个新的问题，目前还没有很好的方案。”王杰说。
在读脑方面，王杰表示，脑电信号解码依赖大规模数据库的比对，也就是将采集到的信号特征与数据库中样本匹配，才能有效识别出对应的意图。“如果没有一个很大的数据库，是很难比对出来的，而这是真正打通‘读脑’闭环的关键基石。”他说。
“但国内尚缺乏类似的数据共享平台。”王杰坦言，建设这样一个数据库“不容易”，涉及数据主权、标准互认、共享机制、伦理规范等多重挑战。
中国医学科学院生物医学工程研究所研究员蒲江波直言：“脑机接口的核心竞争力在于算法，而算法的基石是数据。但当前行业的数据现状，用‘各自为战’形容并不为过。”
蒲江波说，每个实验室、医院、企业，使用的电极设备、采集范式、存储格式各不相同，数据没法直接打通复用，很难形成统一的公共数据库，导致无法进行大规模的元数据分析。
高郑润呼吁，建设类似英国UK Biobank的生物医学数据库，一方面通过前瞻性队列长期积累标准化的神经与临床数据；另一方面盘活既有临床诊疗数据、开展二次挖掘，为产业链各方持续开展算法训练与模型验证提供支撑。
刘秀云也十分认同：“建立标准化的脑机接口多模态数据库，是实现脑机信号算法性能客观量化评估、消除跨研究数据异质性偏差的核心基础支撑，对避免神经信号重复采集与标注至关重要。”
共识已在形成，但每一道关卡怎样通关、如何落地——谁来建、怎么建、各方如何参与，仍是待解之题。
亟待打破人才和数据“孤岛”
多重难题摆在眼前，但在王杰看来，最终都指向一个问题——医工交叉复合型人才不足。
脑机接口是典型的医工交叉领域。目前的痛点是，懂医学的不懂芯片，懂芯片的不懂大脑，懂算法的不懂临床。而它需要的是能在这些学科之间自由切换的人才。“这是必须直面的一道坎。”王杰说。
人才培养要直面产业需求。
尧德中建议，应引导产业端瞄准真实临床痛点，提出真正的基础科学课题，与科研界联手在一个又一个“真创新”中，让脑机接口切实取得长足发展。
针对材料研发的问题，王杰提议建立“应用端出题、研发端答题”的机制，先由临床和产业一线提出“需要什么样的电极”，再由实验室定向攻关，而不必先做出来再找应用场景。
高郑润告诉记者，上海交通大学医学院今年在脑机接口方向推行“产业型博导”联合培养模式，通过引入产业一线企业的技术负责人作为产业导师，把研发过程中的真问题、真需求带进课堂，培养市场真正需要的人才。
长久之道，是以“交叉学科”的思维来培养复合型人才。
今年4月，天津大学“脑机科学与技术”本科专业获教育部正式批准设立，纳入交叉学科门类，成为全国首个直接面向本科招生的脑机接口专业。
“我们通过项目制教学的方式，培养创新人才，鼓励学生在神经科学、材料学、微电子、医学、人工智能、工程学等多学科深度探索，学生们每学年都要完成一项脑机接口工程项目设计。”刘秀云说，课题大多数来自产业界的真实需求，这让学生在解决实际问题的过程中培养兴趣、锤炼能力。
人才之外，数据的流通与共享，同样需要制度层面的突破。
“孤岛”要连成“大陆”，需要一个大型“数据库”。“这样的数据库应由国家有关部门牵头推动建立，在顶层设计层面夯实产业急需的数据基础设施。”刘秀云建议。
在这一框架下，统一格式、统一标准、统一接口，每一个研究团队都能从中“取水”，也能向其“注水”。
标准化的基础工作，已经在稳步推进。
2021年，国际标准化组织/国际电工委员会（ISO/IEC）脑机接口技术标准化委员会（SC43）秘书处落户中国。2025年，中国提出的ISO/IEC 8663:2025《信息技术 脑机接口 术语》正式发布。这是该领域首个国际标准，系统梳理了基本概念、分类、信号、实验、应用等8大类126个词条，为产学研用及监管各方提供了统一的讨论框架。
让蒲江波尤为振奋的是，今年8月1日，《信息技术 脑机接口 多模态数据格式》（以下简称《多模态数据格式》）、《信息技术 脑机接口 参考架构》两项国标正式实施。“这简直是及时雨。”他兴奋地说。
其中，《多模态数据格式》确立了“数据集—被试者—会话—模态”四级目录，对元数据，即描述数据背景的信息，如记录时间、单位、被试性别等进行了规范统一。
蒲江波解释，这种分层结构，不仅让各类脑机数据更好归类，更重要的是为自动化数据处理流水线提供了结构化输入。
他以多中心临床试验为例，过去A医院的脑电数据和B医院的功能磁共振数据，因格式不同、字段命名各异，研究人员往往需要花费数周时间进行数据清洗和格式转换。而按照统一标准采集和存储后，来自不同中心的数据可直接合并分析，算法模型也能在不同数据集间无缝迁移。
“这消除了设备间的数据流动壁垒，为全行业的大数据库建设铺路。”蒲江波说。
2025年，工业和信息化部、国家发展改革委等七部门联合发布《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》，明确到2027年，初步建立先进的技术体系、产业体系和标准体系。这为脑机接口的规模化应用划定规范路径。
在地方层面，8月中旬，深圳完成广东首例脑机接口数据知识产权登记，为神经数据合规利用探路。8月25日，《京津冀脑机接口跨区域质量强链工作方案》发布。其中提到，加强质量共性技术攻关，找准共性质量痛点，推进脑机接口质量强链标志性项目建设。9月1日，浙江全面实施《关于推进脑机接口产学研联动的若干措施》，推动脑机接口科技创新和产业创新深度融合发展，支持企业、高校院所、科创平台、医疗机构等牵头制定国际标准、国家标准和重要地方标准。
尧德中提醒：“行业在快速奔跑的同时，更需建立客观的技术评判标尺。”他建议，围绕电极性能、信号解码能力、长期生物安全性、临床获益等核心指标，逐步形成参照体系，可探索建立第三方技术评测机制，由第三方机构核验技术指标与实验可复现性，向社会客观呈现技术真实发展状况。
未来，这项技术怎样才能更好发展？
受访专家认为，真正决定脑机接口发展上限的，始终是基础科学的底层突破。
“神经科学基础研究是脑机接口的底层支撑，工程学则为脑机接口的落地转化提供实实在在的技术载体。任何行业都要依靠前沿突破完成从‘0到1’的跨越，再实现从‘1到N’的产业化。产业应用所积累的数据与经验，也将反哺基础研究。”刘秀云强调，基础研究与产业推进二者是双向赋能、协同演进的。
眼下，部分脑机接口应用实现快速落地，但脑图谱绘制、神经机制等基础问题仍有待持续深耕，以支撑长远的产业竞争力。
王杰谈道，过去十余年，从神经环路示踪到单细胞测序，人类绘制的大脑“地图”已经愈发精细，不同区域的功能分工已相对清晰，这为脑机接口的“读”与“写”提供了底层坐标。“但大脑信号如何编码信息，很多关键环节依旧属于未知。”王杰说。
以视觉脑机接口领域为例，杨佳威说：“时至今日，全球范围内尚未突破大脑的色彩编码底层理论。如果科研界能实现这一突破，我们就有望在工程端将重建彩色感知变成现实。”
路还长，但方向已定。
王杰判断，未来5到10年，脑机接口有望在部分适应症上进入成熟期，逐步实现规模性的临床应用。
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