硬幣大小的腦機芯片植入顱骨下，一位四肢癱瘓的中國患者通過意念控制手套，穩穩端起水杯喝下了一口水。這一幕發生在2023年秋，比馬斯克宣布Neuralink首例人體植入早了三個月。 2024年1月，全球科技界同時目睹了兩個腦機接口里程碑事件：馬斯克高調宣布Neuralink完成首例人體植入，中國清華大學團隊與宣武醫院公布了全球首例無線微創腦機接口臨床試驗成功案例：一位四肢截癱患者通過植入顱骨的NEO系統，實現了自主腦控喝水功能。兩條技術路線，兩個大國科技角力，一場關于人腦與機器融合的未來競賽悄然拉開帷幕。

腦機接口的故事，要從人類第一次捕捉到大腦的信號開始。1924年，德國科學家漢斯·貝格爾（Hans Berger）通過在頭皮上貼上電極，捕捉到了大腦神經元活動，這是人類首次記錄到的腦電圖（EEG）。既然大腦通過電信號傳遞信息，而我們又能捕捉到這些信號，那么是否可以解讀這種語言，與大腦直接對話？我們要知道，人腦由近千億個神經元組成，每個神經元都，通過電化學信號與其他神經元交流。但縱使數百萬、數十億個神經元同時傳遞信息，產生的電場也只有百萬分之一伏特，比一節AA電池弱一百萬倍。

如此微弱的信號，捕捉它已屬不易，解讀其蘊含的復雜信息，更是難上加難。早期的雄心遭遇了現實的冰冷壁壘。貝格爾之后的數十年，科學家們雖然不斷完善EEG技術，能識別出大腦在睡眠、癲癇發作或受到強光刺激時產生的顯著而整體的模式（如α波、β波），但對于解讀個體具體的思維意圖，比如是想動左手還是右手，是看到一個蘋果還是一個橘子，卻束手無策。

直到20世紀60年代末，一個意外的發現為腦機接口打開了新的大門。

1968年，加州大學洛杉磯分校的神經科學家巴里·斯特曼（Barry Sterman）在研究貓的睡眠時，意外發現了一種特殊的腦電節律。他在貓的感覺運動皮層記錄到了12-15Hz的節律活動，并將其命名為感覺運動節律（SMR）。實驗設計巧妙而簡單：當貓的大腦產生SMR節律時，機器就會釋放雞湯和牛奶作為獎勵。起初，貓獲得食物純屬偶然。但漸漸地，貓開始主動產生那種特定的腦電波以獲得獎勵，而正是這個實驗首次證明：大腦可以學會控制自己的電信號來操縱外部設備。斯特曼的貓實驗揭示了一個關鍵原理：大腦與機器可以相互學習、相互適應。這個發現如同打開了潘多拉魔盒，激發了全球科學家的想象力。

從那時起到今天，腦機接口技術突飛猛進。1973年，腦機接口這個概念正式誕生；1990年代，科學家發現了運動想象的奧秘；1998年，第一位癱瘓患者用意念移動了電腦光標。而今天，中美兩國的科學家正在用不同的方式，將科幻變為現實。

要理解腦機接口如何工作，我們不妨從一個簡單的場景開始。當你想要舉起右手時，這個念頭首先在大腦的運動皮層形成，左側運動皮層的神經元開始放電，產生特定模式的電信號。這些電信號就像漣漪一樣在大腦中擴散，雖然每個神經元產生的電壓只有百萬分之一伏特，但當數百萬個神經元同時活動時，就會形成可以被檢測到的電場。腦機接口的核心任務就是捕捉這些微弱的電信號，并將其翻譯成計算機能夠理解的指令。這個過程就像學習一門新語言，計算機需要學會識別大腦的詞匯，而大腦也需要學會用計算機能夠理解的方式說話。

不同的腦機接口技術采用不同的聆聽方式：有的在頭皮外檢測，信號模糊但安全無創，這就是非侵入式；有的潛入顱骨內竊聽，信號清晰但需要手術，這就是侵入式；還有的直接深入腦組織內部，能夠更清晰地記錄信號，但也承擔著最大的風險。無論采用哪種方式，捕捉到的原始信號都需要經過復雜的處理：濾除噪音、識別特征、解碼意圖，最終轉化為控制假肢、移動光標或輸入文字的具體指令。這個看似簡單的過程，實際上凝聚了神經科學、信號處理、人工智能等多個領域的尖端技術，而中美兩國正是在這條技術路線的選擇上，展現出了截然不同的創新理念。

前文已簡要介紹過不同的技術方案，所以我們現在可以先簡單概括：馬斯克Neuralink以侵入式高帶寬為核心理念，追求極致性能；中國NEO系統采用半侵入式柔性電極，優先平衡安全性與實用性。

馬斯克的Neuralink走的是一條極致的技術路線。極致到其精確植入超細電極的任務是人類雙手無法完成的。于是一臺名為R1的精密縫紉機器人應運而生。這臺機器人在無菌手術室中以每分鐘6根線程、共192個電極的速度進行植入，最新的第二代機器人已經將植入速度大幅提升。整個系統包含1024個電極，分布在64根線程上，每根線程的直徑只有4-6微米，要知道，人類頭發的直徑約為70微米。

一位四肢癱瘓的青年志愿者接受手術后，現在能夠以高準確率控制電腦光標，不僅能玩《馬里奧賽車》，還能下國際象棋。另外一位患者甚至能夠實時解碼手指、手腕和手部所有肌肉的運動信號，用虛擬機械手與叔叔玩石頭剪刀布。到了今天，志愿者們不僅能進行基本操作，甚至還能玩《使命召喚》這樣需要快速反應的射擊游戲。

但這種激進的技術路線也有其代價。人體對外來植入物的免疫反應是最大的挑戰之一，可能導致瘢痕組織形成，進而造成電信號連接退化。就像傷口愈合時會形成疤痕一樣，大腦也會在電極周圍形成一層絕緣的疤痕組織，阻礙電極接收神經信號。且長期使用就像在大腦中放置了一個微型熱源，植入材料還可能隨時間退化，向大腦釋放有害物質?？梢哉f，Neuralink的技術路線就像把傳感器直接植入大腦組織，其信號清晰，功能強大，但一旦出問題，修復困難重重。

如果說馬斯克的Neuralink是直接闖進大腦的激進派，那么清華大學團隊的NEO（Neural Electronic Opportunity）就是在大腦的門外守望。NEO讓電極停駐在硬腦膜外，通過長期動物試驗研制，不會破壞神經組織。硬膜就像大腦的保護罩，位于顱骨和大腦皮層之間，NEO的電極就貼在這層保護罩外面探測大腦的電信號。

這種設計理念的差異帶來了截然不同的技術特征。NEO采用了近場無線供電和傳輸信號，體內無需電池。這就像給手機無線充電一樣，兩枚硬幣大小的腦機接口處理器植入顱骨中后，外部設備可以隔空為它供電和接收信號。沒有電池意味著沒有更換電池的二次手術風險，也避免了電池可能帶來的發熱和化學泄漏問題。

首例患者是一位車禍引起的頸椎處脊髓完全性損傷患者，處于四肢癱瘓狀態已經14年。手術后僅10天，患者就出院回家了。相比之下，Neuralink的侵入式手術需要更長的恢復期和更密切的醫療監護。2024年11月，NEO在復旦大學附屬華山醫院順利完成全國第三例、上海第一例臨床試驗植入手術。英國《自然》雜志在發布2025年值得關注的科學事件時，特別提到了NEO，并稱中國在腦機接口技術領域更進一步，計劃開展大規模臨床試驗，與馬斯克公司制造的腦機接口一較高下。

正如洪波教授所表，腦機接口將開啟人類進化的第三次飛躍，這不是個體生命的進化，而是人類群體智能的進化。如果說第一次是直立行走解放了雙手，第二次是語言文字擴展了信息傳遞，那么第三次將是腦機融合帶來的群體智能進化。在這場技術競賽中，NEO選擇了一條更加溫和但同樣充滿希望的道路。

參考資料

張云峰.高性能植入式腦電信號檢測電路設計與實現[D].西安電子科技大學,2024.

Naddaf, Miryam. "Mind-reading devices are revealing the brain's secrets." Nature 626.8000 (2024): 706-708.

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本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品

出品丨中國科協科普部

監制丨中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨蔡文垂 中國科學院大學博士研究生

審核丨孫明軒 上海工程技術大學 教授

來源: 科普中國創作培育計劃

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