脑机接口：从科幻到现实，神经 “鹊桥” 如何改写康复未来？

今日快讯 2025年10月20日 14:11 0 aa

当 61 岁的金大叔扶着助行器在西湖边迈出脚步时，距离他因高空坠落导致完全性截瘫仅过去 8 个月。这个被医生判定 “几乎不可能再行走” 的老人，借助我国首例闭环脊髓神经接口植入手术，不仅重新站了起来，还恢复了自主排便功能。这不是科幻电影的片段，而是脑机接口技术改写人类康复史的真实一幕。

这项曾只存在于《阿凡达》中的黑科技，如今正通过可穿戴电极、智能算法与神经科学的碰撞，为脊髓损伤患者、老年康复人群搭建起大脑与外部世界的 “信息高速公路”。让我们结合最新研究进展，揭开脑机接口的神秘面纱。

脑机接口

一、脑机接口：大脑与机器的 “翻译官”

简单说，脑机接口（BCI）就是在大脑和外部设备间搭建的 “神经鹊桥”。我们的每一个动作意图都会转化为神经元的电活动，就像大脑在 “发送电报”。脑机接口的任务就是当好 “电报员”：先用电极 “接收信号”，再通过算法 “解码意图”，最后指挥轮椅、义肢等设备完成动作，甚至直接刺激神经通路重建功能。

一个完整的脑机接口系统堪比微型 “神经工厂”，主要由三部分组成：

信号采集端：如同 “窃听器”，负责捕捉大脑的电活动。常见的有贴在头皮上的非侵入式电极，以及植入颅骨或脑组织的侵入式、半侵入式电极。
信号处理端：相当于 “翻译室”，通过机器学习算法把杂乱的脑电信号转化为明确的指令，比如 “抬起左手”“向前走”。
执行反馈端：好比 “行动部”，由外骨骼、神经刺激器等设备执行指令，同时将执行结果反馈给大脑，形成 “意图 - 动作 - 反馈” 的闭环。

根据信号采集方式的不同，脑机接口可分为三类：非侵入式（如头戴式 EEG 设备）、半侵入式（电极植入颅骨内但不触碰脑组织）和侵入式（电极植入脑组织）。三者如同 “望远镜”“显微镜” 与 “手术刀”，分别在安全性、信号质量和精准度上各有侧重。

脑科学

二、核心技术突破：让 “神经对话” 更清晰高效

脑机接口的普及曾受制于三大瓶颈：信号模糊、操作复杂、体验笨重。而近年的技术突破正逐一打破这些壁垒，这在上传的研究文献中得到了充分体现。

1. 感知革命：可穿戴干电极告别 “黏糊糊”

传统脑电采集需要在头皮涂抹导电膏，不仅操作麻烦，还无法长期佩戴，严重限制了日常应用。贾文骥在《可穿戴干电极脑电感知技术与实现》中指出，新型可穿戴干电极正解决这一痛点 —— 这类电极无需导电膏，通过微纳结构与头皮紧密贴合，即便在运动、出汗等场景下也能稳定采集信号。

研究显示，优质干电极的皮肤接触阻抗可低至传统湿电极的 1/10，能精准捕捉到微弱的脑电信号。更重要的是，它像 “免洗面膜” 一样方便佩戴，让脑机接口从实验室走向家庭康复成为可能，尤其适合需要长期监测的老年人群。

2. 解码升级：机器学习读懂 “神经密码”

如果说电极是 “耳朵”，机器学习就是 “智慧大脑”。大脑的电信号杂乱如噪音，如何从中识别出 “抬手”“迈步” 等意图，曾是世界性难题。毕文龙在《基于机器学习的稳态视觉诱发电位识别研究综述》中强调，稳态视觉诱发电位（SSVEP）是破解这一难题的关键 “密码”。

SSVEP 是大脑对固定频率闪光刺激产生的规律性电反应，就像大脑在 “唱” 与刺激同频的 “歌”。研究者通过机器学习算法 “听懂” 这首歌：当用户注视不同频率的闪光目标时，算法能识别出对应的 SSVEP 信号，进而转化为控制指令。最新的 CNN-CBAM-LSTM 混合模型，将跨受试者识别准确率提升至 83.17%，比传统方法高出 5 个百分点以上。这种精准解码让患者用意念控制打字、操作轮椅的速度提升了 3 倍以上。

脑科学前沿

三、康复新希望：从脊髓损伤到老年健康

脑机接口的最大价值，在于为功能障碍人群重获生活自主权。上传的文献聚焦两大核心场景，展现了这项技术的实用潜力。

1. 脊髓损伤康复：搭建 “神经旁路”

脊髓损伤后，大脑的指令就像被洪水冲断的 “高速公路”，无法传递到四肢。高泽在《脑机接口在脊柱脊髓损伤康复中应用的研究进展》中指出，脑机接口能搭建 “数字旁路”，让指令绕开损伤部位。

2025 年，浙江大学团队完成的国内首例闭环脊髓神经接口手术堪称典范：医生在患者腰部植入 16 触点刺激电极，腹部植入火柴盒大小的控制器，腿部安装肌电传感器。当患者想 “走路” 时，大脑信号经解码后触发脊髓刺激，激活肌肉群；同时肌电传感器将运动状态反馈给系统，动态调整参数 —— 形成完美的 “感知 - 决策 - 刺激” 闭环。患者术后 15 天即可站立行走，2 个月能完成转弯、上下坡等复杂动作。

同济医院的半侵入式方案则为高位截瘫患者带来希望：在神经机器人导航下，将电极精准植入脑部硬膜外，无需穿透脑组织即可捕捉信号。58 岁的高女士术后已能逐步恢复吃饭、喝水等手部精细动作。更令人振奋的是，复旦团队研发的 “三合一” 植入设备，将脑电采集、脊髓刺激与信号处理集成于一体，解码延迟降至百毫秒级，接近正常人反应速度。

2. 老年运动康复：守护 “行动自由”

随着老龄化加剧，脑卒中、帕金森病导致的运动障碍日益普遍。庞乐在《脑机接口技术在老年运动康复中的应用研究进展》中指出，脑机接口能通过 “神经反馈训练” 重塑大脑功能，比传统康复效率提升 40%。

对于脑卒中后偏瘫老人，非侵入式脑机接口是理想选择：患者佩戴干电极头环，想象 “抬臂” 动作，系统将脑电信号转化为虚拟手臂的运动画面。这种 “意念 - 视觉反馈” 能激活受损的运动皮层，促进神经重塑。临床数据显示，结合脑机接口训练的老人，3 个月后上肢活动能力评分比传统康复组高出 2.3 分。

针对帕金森病患者的震颤症状，脑机接口还能实现 “精准调控”：通过植入电极监测异常神经放电，自动触发深部脑刺激，像 “开关” 一样抑制震颤。这种闭环调控比传统固定刺激模式更安全，副作用发生率降低 60%。

脑机接口

四、未来可期：当 “神经鹊桥” 更智能、更亲民

尽管进展显著，脑机接口仍面临 “成长的烦恼”：侵入式设备的长期稳定性、非侵入式设备的信号精度、高昂的研发成本，都是需要跨越的障碍。但研究者们已找到方向：

技术融合：将功能性超声与干电极结合，既能保证信号质量，又无需手术植入；
算法优化：借助迁移学习，让系统快速适配不同用户，减少校准时间；
场景拓展：从康复延伸到睡眠监测、认知评估，为健康老龄化提供全周期保障。

正如复旦团队负责人加福民所说：“我们的目标不是让设备更复杂，而是让患者的生活更简单。” 或许在 10 年后，脊髓损伤患者能通过脑机接口自由行走，老人能借助智能设备维持行动能力，这项曾的科幻技术将成为康复医学的常规手段。

参考文献

高泽。脑机接口在脊柱脊髓损伤康复中应用的研究进展 [Z].
毕文龙。基于机器学习的稳态视觉诱发电位识别研究综述 [Z].
贾文骥。可穿戴干电极脑电感知技术与实现 [Z].
庞乐。脑机接口技术在老年运动康复中的应用研究进展 [Z].
Wu J, Xu K, Zhu J, et al. Closed-loop spinal neural interface restores locomotion in complete paraplegia: A case study[J]. Chinese Medical Journal, 2025, 138(11): 1321-1327.
Jia W, Li Y, Zhang H, et al. Wearable dry electrodes for long-term EEG monitoring in elderly rehabilitation[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2024, 71(3): 892-901.
Bi W, Wang L, Chen Y, et al. Deep learning-based SSVEP recognition with spatial attention mechanism[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(2): 415-422.
Gao X, Wang Y, Liu B. Brain-Computer Interface—A Brain-in-the-Loop Communication System[J]. Proceedings of the IEEE, 2025, 113(5): 987-1012.
Chen L, Jia F, Jiang H, et al. Implantable brain-spine interface for motor function recovery: Development and preclinical validation[J]. Neural Engineering, 2024, 21(4): 046028.
National Center for Biotechnology Information. Assistive technology and robotic control using motor cortex ensemble-based neural interface systems in humans with tetraplegia[EB/OL]. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/, 2006.
PubMed. Brain-computer interface for individuals after spinal cord injury[EB/OL]. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27684465/, 2024.
National Center for Biotechnology Information. Fully organic compliant dry electrodes for long-term biopotential recordings[EB/OL]. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32943621, 2024.

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