脑机接口：从修复大脑到“超人”梦想

小董的手术是在复旦大学附属华山医院（下文简称“华山医院”）做的，主刀医生是毛颖，也是华山医院的院长，有名的神经外科医生。华山医院的神经外科在全国排名前三，业内有“北天坛，南华山”的说法。论手术量，华山医院是全国乃至全球脑外科手术容量最大的医院之一——每年，他们要完成2万台左右的脑外科手术。在这2万台脑外科手术中，脑机接口植入手术占的比例几乎可以忽略不计。但现在，这是毛颖和很多神经外科医生非常关注的领域。

到底什么是脑机接口？简单来说，就是用一组电极去采集大脑里面的脑电信号，然后对这些信号进行解码，分析和还原大脑的意图，最后将其变成指令，传达给外部的机器设备，从而帮大脑的主人实现运动、语言等功能。

小董的手术很顺利，术后第三天，他就能下床坐轮椅活动了。术后一个月，经过训练，小董可以在一副气动手套的辅助下，顺利举起杯子，还自己拿着杯子喝了一口水。两个月后，他甚至可以用手握起一个小球了。这些在常人看来轻而易举的动作，原来对小董这样的截瘫患者来说却是几乎不可完成的。如今，不用旁人协助，能自己举起杯子喝口水，对小董的人生来说就是一种新的希望。

截瘫患者是个数目庞大的群体。根据《中国脊髓损伤者生活质量及疾病负担调研报告2023版》，中国现存脊髓损伤患者约有374万人，每年新增约9万人。这些患者中，很大一部分都是不同程度的截瘫者。导致脊髓损伤的因素有很多，比如交通事故、高处坠落，也可能是脊髓病变、肿瘤或者手术并发症。其中，车祸是最主要的祸因。

刚做医生的时候值夜班，毛颖经常一个晚上要接三四个脑外伤的病人，都是情况紧急，要立马开刀的。其中大部分都是车祸受伤，有骑自行车的、骑电动车的，还有骑摩托车的，不戴头盔，一摔下来就是重伤；还有的是酒驾，不系安全带，人飞出去了，脊椎骨折。后来，各地严查酒驾，查骑电动车不戴头盔，毛颖说自己作为脑外科医生是极力支持的。这些年随着社会的发展，疾病谱也在变化。毛颖前不久还遇到一个18岁的年轻患者，在游乐场里玩蹦床，下落的时候脖子着地，一下全身瘫痪，对家里人来说是无尽的痛苦。高速公路网络普及后，在高速场景下受伤的患者也在增多。“在高速公路上只要车速超过60公里每小时，撞到一个物体，如果你系了安全带，生命有一定的保障，但还是有很大风险发生脊髓损伤。因为人的脑袋在惯性作用下会往前冲，脖子最容易受伤。”

今年7月，我在上海市静安区华山医院总院见到了毛颖。不出意外，他很忙。我们约定的时间已到，他尚未从上一个会议中脱身。如果全国要评选最忙的医院院长，毛颖大概榜上有名。大约半个小时后，他穿着白大褂，出现在会议室里，和网上看到的照片比，他的眼袋深了很多。毛颖1967年出生，江苏人，1992年从上海医学院（今复旦大学上海医学院）毕业时，他在班上的成绩名列前茅，当时可以选择的科室很多。因为觉得大脑最迷人，有太多人们还不了解的东西，而脑外科手术又最具挑战性，他加入了华山医院神经外科。神外的大夫看家本领就是开颅。那时候大家用的工具还很简陋，开颅手术是个体力活，一台手术下来，医生手上都要磨出几个血泡。毛颖说，那时候他们忙了一天，要看谁最辛苦，就是数数看谁手上的血泡多。

不过，手术做得越多，毛颖越清楚，有太多的情况是医生束手无策的，其中就包括这些因为各种原因导致的瘫痪患者。过去几十年，神经科学的教科书上写着一条定律：在哺乳动物（包括人类）的中枢神经系统中，大部分成熟的神经元损伤是不可逆的，死去的神经元不可再生。脊髓是人类的中枢神经系统的核心组成部分，它从大脑里延伸出来，贯穿人体躯干，我们所有的感觉知觉都是通过这条通道上传给大脑，而大脑给我们的四肢发送的指令也要通过脊髓下达。脊髓一旦受损，往往首先影响我们的就是运动功能。虽然近年来有新的研究正在试图纠正“中枢神经不可再生”的结论，但目前在临床上针对截瘫群体，有效的医疗手段并不多。很多患者的余生都被囚禁在身体的“牢笼”之中。

脑机接口要做的，不是去修复受损的神经系统，而是绕开失效的神经回路，搭建一座新的“桥梁”，用机器来代替或者辅助患者的四肢。这种场景在很多科幻电影中有过描绘：通过各种脑机接口，电影里的主人公们可以用“意念”控制巨型机械战甲，清除敌对文明的威胁，甚至进入另一个时空。但现在，科幻正在逐渐成为现实。小董这样的截瘫患者有可能最先受益。

今年上半年，全球首个脑机接口临床队列研究在国内启动，由华山医院与北京宣武医院联合在上海、北京开展患者入组，旨在系统验证植入式脑机接口的安全性、有效性，形成标准化流程与真实世界数据。毛颖是这一临床项目的主要负责人之一。过去半年，华山医院已经完成了10多例脑机接口植入手术。如果算上短期植入的前瞻性、探索性临床试验，这个数字还会增加。

这背后的推动力首先来自国内一批脑机接口创业公司，他们很多团队都脱胎或者依托于顶尖高校和科研院所。大家瞄准的对手，都是埃隆·马斯克（Elon Musk）在2016年创办的脑机接口公司Neuralink。脑机接口已经成为人工智能和人形机器人之外，中美两国在前沿科技领域的另一片竞技场。中国政府不仅把脑机接口技术纳入了2021年启动的“脑计划”，最近还在医疗器械监管和审批层面开辟了专门通道。在一些地方，脑机接口植入手术的部分费用已被纳入医保支付范围。2025年7月，工业和信息化部、国家发展改革委等七个部门联合发布《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》，给脑机接口产业化提供了顶层设计，目标是到2030年形成安全可靠的产业体系。脑机接口这个概念最早引起广泛关注，是在2014年巴西世界杯的开幕式上。当地时间2014年6月12日，28岁的高位截瘫患者朱利亚诺·平托（Juliano Pinto）身穿机械外骨骼，头戴电极帽，在圣保罗科林蒂安竞技场6万多名现场观众的注视下，为那届世界杯“开”出了第一球。他缓缓抬起机械腿，脚尖和皮球轻轻一触，皮球向前滚去的那一幕，被全世界超过10亿观众收看，在媒体上掀起了热烈的讨论。美国杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯，因其脑机接口的研究而闻名（视觉中国 供图）

这一切的幕后策划者是巴西杰出的神经科学家、美国杜克大学教授米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis），他也被一些人称为“脑机接口之父”。早在20世纪90年代，尼科莱利斯就萌生了用大脑的“意念”去控制机器的想法。作为一名神经科学家，他相信大脑运作的秘密不在于单个神经元，而是很多神经元动态的相互作用。而在100年前，科学家们就已经发现大脑神经元之间的“通信”主要是通过电信号的形式，而且这种极其微弱的电信号可以被记录。所以，尼科莱利斯相信通过采集脑电信号，分析其时空特征和规律，就能对大脑的“意念”进行解码。这种想法不是他的首创，但尼科莱利斯为此倾注了整个学术生涯。

从上世纪90年代开始，尼科莱利斯和团队成员开始在大鼠、猴子等动物身上做实验。他们给一群大鼠的大脑运动皮层植入一组电极，通过训练，让它们学会了用“意念”控制杠杆，从而喝到水。2002年，他们又成功让猕猴通过“意念”控制机械臂完成了特定任务。2008年的一场实验更让人震撼。尼科莱利斯团队给美国北卡罗来纳州的一只猴子植入脑机接口，它竟然可以只靠大脑想象，控制日本京都的一台人形机器人在地面上行走起来。

怎么把这套技术从实验动物的身上转移到人的身上呢？尼科莱利斯曾找到杜克大学医学院的神经外科医生进行合作，在征得一名帕金森患者同意后，利用一台脑外科手术的窗口期，检验了将电极阵列（包含32根微电极）植入患者脑内的可行性。不过，当时不论是硬件还是软件的技术水平还难以让人放心，也很难获得正式的临床试验批准。

后来，尼科莱利斯发起了一个国际性项目——“重新行走”计划，旨在通过脑机接口等技术，帮助脊髓损伤、中风等瘫痪患者恢复运动能力。他随后更是抓住了在自己家乡巴西举办世界杯的契机，向巴西总统提议让瘫痪患者给世界杯开球的计划，并最终获得许可。为了这个开场秀，尼科莱利斯组织了一个庞大的团队，给瘫痪近10年的志愿者朱利亚诺·平托制订出严格的训练计划。经过大半年的训练，平托最终得以完成“触球”。

为了保证计划的顺利进行，尼科莱利斯团队在平托身上采用的是无创的脑机接口技术，即用电极帽采集颅外脑电信号，而不是像在实验室那样给动物大脑皮层植入电极。这套方案显然更容易获得官方批准。

不过，这时候已经有科学家开始大胆地尝试在人脑里面植入电极。美国加州理工学院的理查德·安德森（Richard Andersen）教授的团队在2013年完成了脑机接口首例人体植入试验。受试者是美国洛杉矶一个30多岁的年轻人，10年前，他在一次街头枪击中被打中颈部，导致颈部以下完全瘫痪。经过患者本人的同意和美国的伦理审批后，安德森团队在受试者大脑运动皮层植入了一个微型阵列电极。术后，受试者学会了用意念遥控机械臂，还能做出拿水杯倒水、开啤酒、弹钢琴等动作。安德森的研究吸引了中国企业家、盛大集团创始人陈天桥的注意，后来陈天桥向加州理工学院捐赠约1.15亿美元，成立了一个脑科学研究院，用于支持脑科学跨学科研究的开展。

非侵入式和侵入式脑机接口的技术路线都已成型，也在动物实验甚至早期的人体试验上获得初步验证。这两条路线各自的优劣也显现出来。非侵入式不用开颅，安全性好，但脑电信号经过颅骨和皮肤后会大幅衰减，受信号噪声干扰大。有人做过一个比喻，在颅外采集脑电信号，就好比站在一个10万人的体育场外面，你可能通过现场的欢呼声知道什么时候有人进球了，但不可能听清楚球场上具体在发生什么。侵入式脑机接口，要把电极植入大脑的皮层甚至更深处，采集的脑电信号几乎可以做到单个神经元精度——因植入的位置会有误差，实际上通常是附近一小群神经元的加权平均信号。但因为需要做开颅手术，且电极的植入难度高，长期在大脑里面，存在很多风险。

不过，这些探索还是给了很多人信心。第一批脑机接口创业公司在这一时期纷纷创立，其中最有名的就是马斯克创办的Neuralink，其创始团队里有两位成员曾是尼科莱利斯的学生。不过马斯克的目标不只是治疗脑疾病那么简单，他一直认为，人工智能有超越人类的风险，但如果人脑可以跟机器直接连接，实现人机融合，就能增强人类智能本身，避免人类被机器掌控。他的团队选择了侵入式脑机接口路线，并且把植入电极的数量提高了一个数量级，在人体上做到了1024根。

经过多年准备，2024年1月29日，Neuralink首次将他们的脑机接口产品植入到人类大脑之中。受试者叫诺兰·阿博（Noland Arbaugh），是一个30多岁的美国人，他几年前在一次游泳事故中导致脊髓损伤，四肢瘫痪。术后，他可以用“意念”控制电脑光标，还玩起了国际象棋和策略类游戏《文明6》。诺兰·阿博说，这项技术“改变了他的生活”。根据公开的信息，目前Neuralink至少已经完成9例脑机接口人体植入手术。

在非侵入式和侵入式BCI之外，肯定还存在第三条路线。清华大学医学院生物医学工程系教授洪波是国内较早开展脑电活动研究的学者。2000年左右，他的实验室开始探索将无创脑电技术用于临床上诊断癫痫病、研究儿童大脑发育等领域。后来，洪波的学生创办了博睿康科技有限公司（下文简称“博睿康”），实现了医用脑电图相关设备的国产化，并逐渐占领市场。但在这个过程中，洪波已经看到了无创脑电的天花板，开始寻找新的科研方向。2013年，他发表了国内关于半侵入式脑机接口的第一篇论文。

半侵入式BCI和前两种路线最大的不同就是它植入电极的位置是在颅骨下面、硬脑膜之上。这个位置该怎么形容呢？洪波解释道，人的硬脑膜就好比鸡蛋剥掉壳以后的那层膜，如果硬脑膜没破，就不会对包裹在里面的大脑组织造成伤害，所以在神经外科手术中属于难度较低的微创手术。因为在安全性和性能之间找到了平衡，这是一条在临床上更容易被接受的技术路线。

2023年10月，洪波团队和博睿康联合研发的半侵入微创脑机接口NEO（Neural Electronic Opportunity，可译作神经电子接口）在北京宣武医院进行了首例临床植入。受试患者叫老杨，高位截瘫14年，术后也能够在气动手套的帮助下拿杯子喝水，也可以脑控光标、轮椅。在华山医院的患者小董则是NEO的第三名植入者。过去的一两年里，洪波团队的工程师一直在做受试者的定期随访，帮助他们做调试、训练。2025年7月中旬，我拜访了洪波在清华大学的实验室，听刚刚从老杨家里随访回来的研究人员说，老杨现在已经可以自己用手吃饺子了。甚至在一些植入时间较长的受试者身上，他们还看到了一些脊髓损伤出现了自我修复的迹象。

2025年6月，NEO无线微创脑机接口开展多中心注册GCP（药物临床试验质量管理规范）临床试验，全国有12家医院参与，预计30～50例高位截瘫患者入组。到我们去采访的时候，患者入组的速度已经大大超出了洪波的预期，整个入组计划已经完成三分之二。洪波说，顺利的话，NEO很快会成为全球第一个获得医疗器械许可证的脑机接口产品。2025年7月28日上午8点半，我抵达华山医院虹桥院区，那里离虹桥火车站不远。这是周一的早上，门诊大楼已是熙熙攘攘。虹桥院区在上海西边，属于新院，规划和设施都更现代，神经外科的手术如今大多转移到这里。几天前，我向毛颖提出希望能观摩一场脑机接口植入手术，但他们最近没有安排新的手术。不过，毛颖建议我去看看另一台和脑机接口植入过程很相似的手术。

负责接待我的是神经外科年轻的主治医师张新，他个子很高，身形偏瘦，步子很快，说话和做事则慢条斯理。张新是当天的主刀医生，他要给一位帕金森患者完成DBS（脑深部电刺激，Deep Brain Stimulation）植入。DBS，俗称“脑起搏器”，它是通过植入电极到大脑特定的脑区来治疗神经系统疾病，比如帕金森病、特发性震颤和肌张力障碍。在植入过程中，医生要通过电极对大脑进行电刺激，同时也要采集该脑区的脑电信号以测试植入效果。尼科莱利斯团队当年在杜克大学医学院的神经外科验证BCI植入的可行性，就是利用一台DBS手术的窗口期进行的，这也是很多脑机接口研究者早期做技术验证的思路。

从头到脚“全副武装”后，我跟着张新进入手术区。这里俨然一座手术工厂，一排排的手术室分布在横竖交错的走廊两侧，医护人员从里面进进出出，我们穿行其间，就像进了迷宫。张新今天的手术被安排在28号手术间。我们到的时候，患者已经躺在床上，旁边的护士和麻醉师正在做麻醉的准备。患者王建（化名）是一个40多岁的中年人，剃着光头，体态肥胖。他患上的帕金森病，是一种慢性的神经退行性疾病。随着时间的推移，患者的运动系统会出现紊乱，还伴随有行为和认知障碍。得这种病的很多都是老年人，王建在里面算是年轻的。

DBS植入手术最好是不做全麻或者在术中进行唤醒，这样，医生在打开颅骨后，患者意识仍然保持清醒，就可以更好地测试电极植入的效果。不过也不用担心医生的操作会给患者带来痛苦，因为大脑虽然控制着我们的痛觉感受，但它自身是没有痛觉的。考虑到王建还有心脏问题，体重也比较大，张新今天还是决定给他做全麻。张新和王建聊了几句，王建扭过头，咕哝着说，今天状态不错。麻醉完成后，他就昏昏睡去，手术室里各种生命监测设备开始发出嘀嘀嗒嗒的声音。接下来，张新用一套卡尺套在王建头顶，确定好了切口的位置。然后是繁复的消毒流程，王建的身上被盖了一层又一层蓝色无纺布，整个人的特征都消失了，最后只剩下一处头皮露在外面。

上午11点左右，张新拿起手术刀，划开王建的皮肤，切开一道七八厘米左右的口子。接下来，他更换不同的器具，在他头顶偏左的位置开出一个圆孔。手术室内还放着轻轻的音乐，混在电锯的嗡鸣声里，让我的神经也不由得慢慢绷紧。

现在的开颅手术早已不像毛颖年轻时那样，会把人手上磨出血泡，也不需要太依赖医生对大脑解剖结构的知识和经验，医生们可以借助各种先进的成像设备和导航技术完成手术路径的规划，精准找到病灶或者目标脑区。这些技术，也有很多是基于脑电信号原理。用毛颖的话说，他们一辈子都要跟脑电信号打交道。

张新现在要从这个开出的圆孔里把一根像针一样的电极插入王建大脑一个特定的核团，那里也是帕金森病靶向脑区。在大脑对称的另一侧，张新还要用相同的办法再开一个孔，也植入一根电极。这两根电极就是DBS的两个通道。手术现场，还有DBS设备厂商的工作人员在一旁提供协助。因为患者处于全麻状态，脑电信号不够稳定，张新和他们进行了多次测试，还请了场外工程师远程帮助，以确定采集到的脑电信号符合要求。确认无误后，他将两个透明的盖子塞进头骨的圆孔处，然后进行缝合。这时候，已经是下午2点。

我以为手术结束了，但张新说，还没完。王建被推到对面的CT室去做CT，看电极植入的位置和之前预定的区域是否有误差。他们要求的误差是在0.5毫米以内。做完CT，王建被推回来。张新重新上阵，将缝线拆开。他接下来的任务是要把电极连接导线从患者的头部一侧，穿过颈部，连到胸口锁骨处。在那里，他在王建体内埋入了一枚硬币大小的脉冲发生器（IPG）。完成这一步，手术才大功告成，此时，已经是下午3点多。这四五个小时里，张新没吃没喝，眼神里已经满是疲惫。王建被推回了病房。不出意外的话，在DBS开始工作后，帕金森病给他带来的手抖、抽搐等症状会得到遏制。

毛颖告诉我，华山医院现在一年能做几百例DBS植入手术，临床的效果非常好，除了帕金森等疾病，他们还在探索其他的适应证。但其实DBS的作用机制现在仍不清晰，比如电极放进去，放几个通道，放几个核团，放在核团的前、中、后什么位置，表现都不一样。“我们临床上每天都在研究，但短期内还是不能完全搞清楚。”毛颖说，DBS发明后，几十年前就拿到了拉斯克临床医学研究奖（被视为生物医学领域的诺奖风向标），但一直拿不到诺贝尔奖，他觉得就是因为它的作用机制还不清楚。“但是我们外科医生有个偏向，就是容易拿着锤子去找钉子。突然有了个好工具，看到很多东西都想去用一下。这也不好说，到处砸的过程中，也有可能被它砸中很多东西。”

DBS一般只有两个通道，对大脑的伤害较小。现在的侵入式脑机接口要植入的电极数量远远超过DBS，比如Neuralink目前的产品是1024根电极，以阵列的形式分布在64个线束上。这些电极的直径是4～6微米，大约是头发丝的1/100。要实现更复杂的功能，电极的数量还会进一步增加，可能要到上万根。这给脑机接口的植入带来很多问题。

大脑是人体被保护得最严密的器官，在亿万年的进化中，人脑外面形成了层层的防护，从皮肤到坚硬的颅骨，中间还有各种致密组织，给大脑提供了一道天然屏障。毛颖告诉我，电极作为异物植入脑内，会不可避免地产生炎症反应。而且，大脑组织与颅骨是存在空隙的，中间充斥着脑脊液，就像泡在水里一样，脑组织在里面会来回移动，这个过程就会与植入进去的电极丝发生切割作用。一方面，电极有可能发生断裂或者位移，导致信号采集失效；另一方面也会引起进一步的免疫排斥反应。Neuralink的第一个人体受试者诺兰·阿博在植入电极后就遇到了这个问题。术后几周内，一些电极丝从他的大脑皮层脱出或者回缩，导致有效的信号通道大量减少，影响了他控制电脑光标的速度和精度。这也是侵入式技术路线经常受到质疑的一点。

2021年，当时还是中国科学院上海微系统与信息技术研究所（下文简称“中国科学院微系统所”）副所长的陶虎找到了已经进入脑科学领域的投资人陈天桥，和他聊了自己要做脑机接口的计划。他说自己要做中国的“Neuralink”，他也认同马斯克对脑机接口技术路线的看法——侵入式在未来有更大潜力。对于电极植入的难题，他有一种新的解决办法。

陶虎在美国待了12年，有多学科交叉的背景，学过精密仪器，也做过微电子，后来去美国读博士，做的是生物传感器。2021年11月，陶虎创办上海脑虎科技有限公司（下文简称“脑虎科技”），第一笔投资正是出于陈天桥之手。2024年底，他干脆辞去中国科学院微系统所副所长的职务，全职投入创业。“中国科学院不缺一个发顶刊的科学家，在加快推动脑机接口产业化上，我更能发挥自己的优势和作用。”陶虎的办公室在上海虹桥火车站附近的一栋写字楼里，那里和华山医院虹桥院区仅一路之隔，神经外科是他这几年最常去的地方之一。陶虎顶着一个圆圆的脑袋，头发短得几乎只剩发根，他笑说这是为了脑机接口到来的那天时刻准备着。脑虎科技把自己的脑机接口技术定义为柔性脑机接口，具体体现在其使用的电极材料是柔性的，可降低对脑组织的损伤。而且，上面还涂了一层关键材料，就是陶虎早年研发的一种蚕丝蛋白。他介绍说，蚕丝蛋白有两个特点：第一，作为一种天然蛋白材料，其构成主要就是氨基酸和多肽，降解后可被人体吸收，相比人工合成的材料，生物相容性更好；第二，它的机械性能强，可能仅次于蜘蛛丝，但相比蜘蛛丝又更容易大量获取。

蚕丝蛋白材料有什么用呢？这里要简单介绍一下电极这种材料。早期的侵入式脑机接口使用的都是硬质电极，像针一样直接插入大脑，不可避免就会剪切脑组织引发炎症反应，后来大家换了更细更软的柔性电极，它对脑组织的伤害更小，但也有个问题，就是不好植入。所以很多团队都要借助一个辅助装置，就像打毛线或者缝纫机缝衣服一样，用一根针把电极丝穿过去，然后把针再退出来。Neuralink用的就是一种被叫作“缝纫机”的方法。但这种方法又遇到了和硬质电极相似的问题。

陶虎的方法则是在金属的柔性电极丝表面涂上一层蚕丝蛋白材料，用他的话说，这样它就像武侠小说里绑在腰上的软鞭一样，一抖开就是直的。“我们可以通过调整蚕丝蛋白的分子量、涂抹厚度等，精准地控制电极的强度，让它刚好介于比较硬的血管和比较软的脑组织之间。这样，在插入的过程中，电极碰到脑血管就会产生微小的形变，从血管表面滑过去，但又保持了韧性，不会改变预定的植入路径。这意味着我可以实现盲插，不用管脑区里有什么血管，在手术中就只需要开一个很小的孔就能把电极植入进去。”陶虎说。电极植入后，蚕丝蛋白涂层在脑脊髓液的作用下会被慢慢降解，降解的产物是氨基酸和多肽等成分，对大脑也没有伤害。脑虎科技现在开发的手术机器人，有些工程师原来就是做植发机器人的。解码大脑——从运动到语言

进入神经外科后，毛颖主攻脑血管病和颅底外科。他的病人里有很多都是脑肿瘤患者。这是所有肿瘤里最凶险的肿瘤之一，即便是良性的肿瘤，在大脑里的生长也极易挤压脑组织，影响人的正常功能。因为血脑屏障的存在，化疗药物对脑肿瘤的治疗效果不佳，外科手术常常是唯一的选择。但在脑子里做手术，容错空间小，不确定性大。一场手术即便顺利完成，也还不敢完全放心。

毛颖说，他们做完一场手术，最常问的问题有三个：“第一，病人醒过来没？第二，病人手脚能动了没？第三，病人会说话了吗？”这几个问题对应的是人最基本的几个功能。如果没醒的话，说明患者意识没有恢复。有的病人是醒过来了，但是一侧的手脚不能动了，也就是人们常说的偏瘫。还有些患者意识清醒，也能跑能跳，但听不懂别人说话，或者讲不出话了，这是医学上的失语症。情况更复杂的是，有些人的功能丧失后，过了一段时间自己又恢复了，但有的人就再也恢复不过来。

毛颖的老师是中国著名的神外专家、中国工程院院士周良辅。毛颖还年轻的时候，在周良辅的建议下，他前往美国密歇根大学做博士后研究。周良辅一直认为，做临床医生，也不能丢了做研究的能力。过去20年来，毛颖对大脑是怎么工作的这个问题愈发好奇。作为外科医生，他又有“触碰人类大脑的特权”，所以，他和团队也参与了不少脑疾病和认知功能方面的研究。七八年前，毛颖开始关注脑机接口。在陈天桥团队的组织下，还去加州理工学院进行了访问，见到了理查德·安德森教授。安德森看中了国内丰富的临床研究资源，决意和中国临床团队展开合作。但后来中美形势发生各种变化，这种合作被迫中断。不过，国内的脑机接口团队也在随后迅速成长起来。脑机接口被越来越多人关注后，毛颖也感觉到了压力。他现在常在门诊遇到家属用轮椅推着病人过来问他能不能给做脑机接口。但脑机接口技术现在还处于临床试验阶段，有严格的伦理审查和入组要求，很多患者都会被拒之门外。这让毛颖有些担心大家对脑机接口的期望一下被抬得太高，尤其是对那些陷入困境已久的患者和家属，“希望越大，失望可能也越大”。

在产品的性能方面，脑机接口技术现在还有很多局限，这与解码能力有关。目前进展比较快的是运动解码，不论是哪种技术路线，基本都可以让患者做一些简单的动作，比如脑控轮椅、脑控光标，或者行走、抓握。不过，一旦涉及更复杂、更精细的动作，比如用三根手指灵活地抓取物品，目前的技术还很难实现。只是在陶虎看来，精细动作的解码没有理论上的障碍。因为过去几十年，神经科学对大脑运动功能的认识已经较为清楚。“我们现在已经知道哪一个区域控制哪一根手指，只是目前的脑机接口技术信号通道数量还不够，积累的数据不足，解码算法也需要不断改进。”

语言解码现在是包括脑虎科技在内的很多团队的攻关重点。语言对于人的重要性不言而喻，但一个人的一生可能因为各种原因导致失语，比如渐冻症、语言功能区脑肿瘤切除、脑卒中、阿尔茨海默病等。脑科学对人类语言的研究有很多成果，比如布洛卡区、韦尼克区等语言关键脑区的发现，在脑科学史上都是重大突破。但人类大脑到底是如何产生语言的？语言功能对应的神经回路有哪些？这些都还没有搞清楚。加上语言是人类特有的功能，动物不会说话，在实验室里研究语言功能就有很多局限性。

2024年12月，脑虎科技联合华山医院神经外科吴劲松教授团队，开展了国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语言临床试验。接受手术的患者43岁，是语言区占位肿瘤癫痫患者。项目团队给他植入了一个柔软轻薄的电子薄膜，里面有256个通道，帮助其定位病灶并保护语言相关的重要脑功能区。术后2天，患者开始接受相关训练，训练9天后，无语言模型辅助下394个汉语音节（全谱408个）解码准确率达到71.5%，单音节解码延时65 毫秒，实时汉语语句解码速率49.6字/分钟。

过去近一年的时间，脑虎科技的BCI产品已经完成了50多例短期在体试验（一个月左右），其中包括不少语言障碍者，导致障碍的原因包括舌癌、脑卒中、渐冻症等等。今年，他们正在筹备长期在体临床试验项目。陶虎告诉我，去年，他们植入BCI的患者语言输出的速度在每分钟60字左右，今年结合人工智能输入法，最高可以做到每分钟300字以上，已经超过正常人了。那么，脑机接口是如何从失语者的大脑里解读出语言的？对这个问题的回答，同时也揭示了脑机接口技术很关键的一个运作机制。陶虎说，现在的语言解码分成不同思路。比较常见的一种是语言－运动转换，受试者可以用意念控制、拖动光标，在电脑屏幕上画出汉字笔画或者英文字母，最后合成文字。这种解码方式通常是将电极植入到大脑特定的运动区。与之相对的，也是最直接的一种解码方式——语义解码，把电极放在大脑生成语义的脑区，直接读取患者想表达的意思。“但这样做难度也非常大，因为大脑是会胡思乱想的。就像我现在在接受你的采访，但同时可能还想着待会儿去哪儿吃饭，下午有什么安排。”

陶虎说，他们现在采用的是语义和运动区联合解码的方式，把电极植入到大脑皮层上的语言区和运动区，语言区的脑电信号可以直接做语义解码，运动区主要对应的是发声时的动作。“很多失语患者，哪怕他不能真的发声，但只要他心里默念，嘴唇还能做一做嘴形，舌头也能动一动，他的大脑就会给口舌唇肌肉发去控制信号。所以，通过两种方式联动，语言解码的效率和准确率可以大幅度提高。”

现在Neuralink植入的电极阵列有1024个信号通道，脑虎科技是256个通道，而我们说一句简单的话都可能调动上千万，甚至上亿的神经元。用这么小的信号数量，如何得到正确的语言解码？这个过程里，人工智能帮了很大的忙。早在十几二十年前，尼科莱利斯的实验室在做神经信号解码的时候，就已经开始利用当时兴起的深度学习算法。他发现，把一大群神经元的脑电活动信号输入给算法时，算法可以准确识别出它的特征和模式，然后做出预测，比如在小鼠躲避危险的实验中，算法准确地知道小鼠哪根胡须发生了偏转。但当时算法和算力都还不够强大，直到新一代人工智能的崛起，这种通过计算来解码大脑的方式让大家看到了更大的可能性。

这也是脑机接口技术近几年快速发展的推动因素之一。脑机接口的受试者现在必须经过大量的训练才能实现对外部设备的控制。毛颖解释道：“因为大脑里面的电信号都是不固定的，它是成千上万，甚至上亿个神经元的活动产生的电信号集合。你想从一两条信号里解读出是什么意思几乎是不可能的，所以需要让受试者重复做某个动作，把得到的信号叠加，再跟行为对应起来。”

语言解码也是如此。“我们准备了一份训练材料，包括常用的50句中文对话，还有400个音节，让患者不停地看，然后去采集他大脑的脑电信号。通过对这些脑电波的频率的分析，最终的结果会慢慢收敛。我们会发现他的大脑电信号出现了一种模式，对应的就是他想说的某个字。”所以，脑机接口是在受试者特定的脑电信号和语言元素之间寻找映射关系，从而实现解码，但这种映射是如何建立起来的？因为大多数训练都使用了深度学习的方法，所以中间经历了什么，对大家来说也是个黑匣子。

总之，在神经科学家们对人类语言功能的神经机制还没研究明白的时候，脑机接口借助人工神经网络的技术已经走到了前头——从意念里读出了思想。

陶虎坦言，现在的解码能力仍然受限于样本量不够大，模型还没形成好的泛化能力。“如果我们能像AI大模型那样，做到数千亿的参数，数百万的日活用户，那我们的模型用到每个人身上，可能做一些微调就行了。但我们现在才做了几十例，数据量还远远不够。”陶虎说，他们近期的目标是再做100例，后期他们的临床试验植入的是无线BCI产品，可以长期在体，24小时搜集脑电信号。

最近，陶虎在各地拜访了一轮医院，打算推动脑虎科技和医院合建脑机接口标准病房，以便后续临床研究的开展。跑完一圈下来，他发现大医院对脑机接口技术现在的态度都很积极，地方政府也在其中做配合、协调工作。“今年，我们的临床伦理审批和病床准备就能完成，年内目标是做几十例长期在体植入。”陶虎是江西人，脑虎科技在江西还建设了一个产业基地，目前正在规划一栋康复大楼，一共3层楼，未来可以容纳150到200人在里面做多模态训练。此外，一个负责BCI硬件和系统生产的超级工厂也已经做好了规划。在医院进行临床试验，必须通过严格的医学伦理审查，最重要的一个原则是不能对病人造成更大的伤害。毛颖说，产品可以是无效的，但不能有害。他主张脑机接口的临床试验开展现阶段应该以几家头部医院为主，一旦扩大范围，可能就难以管控质量。今年，华山医院还联合中国神经科学学会、多家大型三甲医院及脑机接口相关企业，共同组建了iBrain脑电数据联盟。“数据将来至关重要，一方面是要让我们的研究更适合国人，另一方面数据库必须是共享、开放的，让更多人可以利用它创造价值。所以我们要统一底层的标准框架，还要建立数据采集的规范，保护好病人的隐私。”

但随着脑机接口技术的演进，我们现在的伦理规范和监管体系可能很快就无法应对技术带来的问题。在自动驾驶领域，这种技术演进的路径被划分为L1到L5，级别越高，自动化程度越高，同时对安全伦理和法律边界的冲击就越大。在脑机接口领域，陶虎在陈天桥提出的脑机接口L1到L4发展阶段基础上，结合自身的研究，将各阶段对应到不同脑功能区的解码难度与信息密度。其中L1到L3分别对应运动解码、语言解码、视觉解码，到L4阶段将涉及人类的情感、记忆、认知等功能的解码。他认为，脑机接口的发展未必是线性递进的逻辑，但从运动、语言，再到视觉、情感和记忆等，难度系数会越来越高，面对的伦理问题也会越来越复杂。

到视觉解码这个阶段，脑机接口技术要完成一个根本性的突破，就是从大脑输出信号到给大脑输入信号（电刺激），整个技术体系会形成输入－输出的闭环。现在，国内外已经有很多团队正在朝这个方向努力。有团队已经可以通过电刺激的方式，帮助盲人在大脑中恢复光感，虽然这离真正的视觉恢复还很远，但第一步已经跨出。

全世界的视力障碍群体庞大，光中国，全盲的就有几百万人，视力障碍有几千万人——视觉解码的现实意义不言而喻。而且视觉是人最重要的感官，我们有90%以上的信息都是通过视觉输入大脑的。一旦能够在大脑内重建视觉，其他的感官解码也就不存在技术上的障碍。事实上，听觉的发展就非常快，人工耳蜗如果也被视为某种脑机接口产品，可以说是最成功的BCI。

“但视觉跟运动、语言功能还不一样。视觉是给大脑输入信号，运动和语言都是从大脑中输出信号。做输入，就意味着要对大脑神经网络进行电刺激，植入的神经界面就可能发生各种电化学反应，对脑机接口产品长期在体的安全性、稳定性提出了更大的挑战。”陶虎继续道，“而且视觉信息容量非常大，所需要的信号通道数量也会比现在高几个数量级。如果只有很少的通道，那恢复的视觉信息就跟我们看户外广告牌的LED跑马灯一样，只有一个模糊的轮廓。让问题更棘手的是，大脑不是一个完美的绝缘体，你给某个神经元电刺激，周围的区域都可能会受到影响，所以还不是电极植入得越密集越好。”

毛颖对视觉解码问题也有兴趣。他认为，脑机接口通过找规律的方式来解读患者的动作和语言意图，这种方式可以给视觉解码提供启发。“比如我们想让盲人看到外面的环境，不一定要把这个环境所有的信息都输入给大脑。你走在一个十字路口，我问你这个路口有几根电线杆，你不可能知道。你是根据自己的经验，在大脑里重建了这样一个街道的环境，有很多不重要的信息就会被你的大脑漏掉了。所以要在盲人的大脑里重建视觉，我只用抓住重点。比如路上有一个人，他的头在哪儿，身在哪儿，是男是女，是不是在动，通过人工智能把这些信号提取出来，再编码，传送给大脑相应的视觉皮层。这样，大脑就会做出判断，看要不要绕开他。因为我们给盲人恢复视觉，首先是要让他能避开环境中的危险。”

脑虎科技的团队也在布局视觉解码的研究。除了临床上的意义，陶虎还关注另一个层面的问题——他把视觉解码看作未来将正常人变成超人的一个途径。“如果我们能绕过我们的眼球，在大脑神经网络中直接成像，那我们就有可能输入一个正常眼球感知不到的光信息，比如红外光、紫外光甚至遥感信号。”陶虎接下来的话估计会让不少人感到吃惊。他说：“我们人类最重要、最高效的组织就是大脑，在性能功耗比上，还没有一台超级计算机能超过人脑。但我们的‘传感器’和‘执行器’，也就是五官和四肢，其实配不上我们发达的大脑。未来随着科技的发展，很多传感器和执行器都会比我们自己的感官和手脚更高效。”和马斯克一样，陶虎也认为脑机接口不只是一个医疗器械。“它的核心是接口，是人类大脑与外界沟通的一个信息渠道。对病人来说，这个渠道受损了，他跟外界的沟通、互动受阻，脑机接口可以帮他修复或重塑这个渠道。对健康人来说，如果我们哪天觉得自身的信息通道不够高效了，比如我们现在聊了20分钟，我觉得累了。如果有脑机接口，我可以把这个沟通速度提高成百上千倍，一两秒钟就完成了20分钟的交互。这也是我们希望脑机接口在未来要实现的目标——增强人类大脑。”

从视觉再往上，记忆上传会成为现实吗？陶虎说，这里面涉及的伦理问题需要大家来讨论，但怎么实现，对搞技术的人来说就是个工程问题。“记忆是什么？不管你记忆的是知识点，还是图像视频，它无非就是这些内容在大脑不同脑区里一个重复且稳定的放电模式。当然，它们的复杂度不一样。如果只是记住ABCD或者一个简单的句子，这个放电模式就很简单。但是，只要你能输入刺激，让大脑复现这个模式，理论上就相当于写入记忆，对大脑来说就是在读取记忆。当然，这个难度非常非常大。因为我们一生下来就有各种各样的记忆，只是我们从工程原理去理解的话就是这么回事。”

如果记忆能被植入，那我们赖以存在的意识呢？顺着这条路径讨论下去，脑机接口将进入一个观点交锋更加激烈的阵地。先不论科学事实，围绕人类的存在本质、数字永生、意识操控等话题，科学家、工程师、哲学家和伦理学家们已经分成不同的阵营和派别。这些讨论可能很长一段时间都无法分出胜负，但技术的进化在另一条轨道上正飞速向前。

偶尔也有学校想请毛颖去讲这些形而上的话题，他通常都会拒绝。和大脑打了大半生交道，他觉得这个东西还是太神奇了，很多事情都超出了他的理解范围。他想象过一种场景：未来某一天，我们在一间黑漆漆的屋子里，可能“看”到绚烂的夏天，外面是冰天雪地，我们的心里却暖洋洋的，外面是战火纷飞，我们却开心得不得了。所见不再是所得，真实的概念崩塌，这是很恐怖的。但对那些失去肢体或者感官能力的人来说，他们又可以重新感受和体验这个世界。甚至某一天，如果我们的父母远去了，我们可以像电影里那样，重新感受到他们的手抚摸我们脸庞的感觉。这又非常让人向往。