自然电子学领域的一项突破
中国研究人员开发出一种可拉伸微电极，能够动态适应大脑的自然运动，解决了长期阻碍侵入式脑机接口临床应用的一项关键技术障碍。这项研究由中国北京脑科学与类脑研究所的方颖领衔，于2026年2月6日发表于《自然·电子学》。这一创新直面神经技术领域的一项根本挑战。传统柔性电极可以弯曲，却无法拉伸。因此，当大脑随每次心跳搏动或在颅骨内改变位置时，电极会从神经组织中退移。新型电极结构采用螺旋设计，将拉伸力转化为无害的弯曲运动，使器件随大脑移动，而不是与之对抗。螺旋结构使电极能够像弹簧一样伸展和压缩，适应大脑的节律性运动，同时避免向脆弱的神经组织传递有害的剪切力。
大约四年前，方颖团队在非人灵长类动物实验中首次发现这一问题。她在一次独家采访中解释说，团队观察到，柔性电极可能因大脑运动而发生退移。这一发现促使研究团队探索新的结构设计，使电极能够拉伸，同时不对周围组织施加有害作用力。
仅有柔性还不够
2024年，埃隆·马斯克旗下的Neuralink报告称，其首位人体试验参与者脑内植入的1024根柔性电极中，约85%在数周内发生退移，电极退移问题由此受到国际关注。大脑并非静止器官。每个心动周期，大脑大约会移动100微米；呼吸和头部运动也会使其改变位置。传统线性电极虽然可以弯曲，却缺乏适应持续运动所需的机械顺应性。当电极一端固定在颅骨上，另一端连接脑组织时，两者之间的任何相对运动都会产生张力。传统设计在张力作用下会从组织中被拉出，导致信号丢失、炎症反应，并在植入部位周围形成瘢痕组织。这种机械不匹配一直是影响侵入式脑机接口长期稳定性的最棘手障碍之一。由此形成的瘢痕组织称为胶质瘢痕，会将电极与附近神经元隔离，使信号质量逐渐下降，最终导致器件基本失效。
螺旋结构
解决方案在于从根本上重新设计电极几何形状。团队没有采用直线或简单弯曲的导线，而是将电极设计成超薄螺旋结构。关键创新在于器件对机械应力的处理方式。大脑运动时，螺旋结构会将拉伸转化为低能量的屈曲形变，基本上通过弯曲和卷曲来适应运动，而不是被拉离组织。这种结构设计大幅降低了适应运动所需的作用力。据方颖介绍，将传统线性电极拉伸100微米，需要约4毫牛顿的力；新型可拉伸设计仅需37微牛顿，约为前者的百分之一。机械应力的降低可直接减少组织损伤和植入部位的免疫反应。
这种电极由超薄柔性薄膜制成，兼具高通量神经信号采集能力和生物力学顺应性。研究团队在猕猴身上成功测试了一个1024通道高密度阵列，展示了大规模信号采集能力和长期稳定性。其规模与商用系统的核心规格相当，同时与活体组织实现了更优的机械融合。
从实验室走向患者
电极领域的这一突破，正值中国侵入式脑机接口研发加速推进之际。2025年3月，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心与复旦大学附属华山医院合作，启动中国首个侵入式脑机接口系统人体临床试验。继美国之后，中国成为第二个推动侵入式脑机接口进入临床阶段的国家。手术团队采用高精度导航系统，以毫米级精度将电极置入运动皮层，尽量减少手术创伤。
首位参与者是一名男子，13年前因高压电事故失去四肢。他于2025年3月25日接受植入手术。经过两到三周训练，他便能仅凭意念控制电子设备，熟练操作赛车游戏和国际象棋程序。另一名患者张先生于2022年遭受高位脊髓损伤，已实现更为显著的功能恢复。他于2025年6月接受WRS01无线植入设备后，学会了控制智能轮椅、指挥机器狗，还能远程为自动售货机验证商品并获得报酬。他成为已知首位仅凭神经信号实现有偿就业的脑机接口试验参与者。
事故发生已经三年多了，现在我终于又能工作了。
这名患者介绍说，他目前以实习分拣员的身份工作，通过意念控制电脑光标。系统处理神经信号、识别运动意图并生成控制指令，整个过程只需几十毫秒，比眨眼还快。
中国不断扩大的脑机接口生态
学术研究之外，商业化进程也在迅速提速。由方颖共同创立的知冉医疗近日完成超过3亿元人民币的A轮融资，以推进侵入式脑机接口技术的临床转化。该公司已开发出支持多达1024个通道的全植入式无线系统，其处理器只有硬币大小，与早期设计相比，功耗降低了75%。公司还在北京建成具备规模化生产能力的临床级制造设施，可生产可拉伸电极。
其他企业也正以互补的技术路线进入市场。阶梯医疗开发出超柔性电极，其直径仅为人类头发的百分之一，使脑细胞几乎感知不到电极的存在。公司计划开展涉及30至40名参与者的多中心试验，目标是在2028年前获得市场准入。与此同时，上海脑虎科技已展示256通道柔性电极阵列，其信息传输速率可与Neuralink公布的数据相媲美。
这一商业活动得到国家政策支持。中国已将脑机接口发展纳入即将出台的“十五五”规划建议。2025年3月，国家医疗保障局为侵入式脑机接口植入和取出手术设立了专门的价格项目，为临床收费和保险覆盖建立监管基础。
全球技术竞赛
这项技术进展使中国在思控设备商业化竞赛中直接与美国企业，特别是Neuralink展开竞争。美国在芯片集成和系统级产品方面仍具优势，而中国则在柔性电极材料和微创手术技术方面形成了独特优势。中国电极的横截面积仅为Neuralink设备的五分之一至七分之一，柔韧性则超过竞品100倍以上。
两者的技术路线存在显著差异。Neuralink的全侵入式系统需要切除部分颅骨，并植入刚性或半刚性电极阵列，手术风险较高。中国团队则着重采用微创技术，通过较小的颅骨切口植入超柔性探针。华山医院神经外科医生陆俊峰用体育比赛作比，解释不同脑机接口方案的区别：非侵入式设备就像体育场外的麦克风，只能听到观众的嘈杂声；半侵入式设备像是悬在场地上方，能捕捉更清晰的声音；侵入式设备则直接连接运动员，能清楚听到每句话。
中国的系统还受益于本国电信基础设施的优势。WRS01系统通过采用优化的无线通信协议，将端到端延迟控制在100毫秒以内，使用户感受到的控制效果自然且即时。
技术挑战依然存在
尽管取得这些进展，侵入式脑机接口要成为常规医疗手段，仍面临诸多重大障碍。长期生物相容性仍是核心问题。虽然短期测试显示免疫反应很轻微，但大脑在数年乃至数十年间对异物的反应仍需持续观察。研究人员还必须解决设备升级问题。与外部电子设备不同，植入式系统无法轻易更换，每次更换都需要再次手术。
技术进步也带来了伦理和安全问题。侵入式脑机接口在大脑中建立直接通路，引发了对神经数据隐私以及防止未经授权访问的担忧。医学伦理学家强调，需要在身份认证、信息加密和防止脑数据滥用方面制定严格标准。这项技术还需要谨慎开展心理筛查，因为患者必须适应由机器解读自身意念。
要点速览
- 中国研究人员在《自然·电子学》发表可拉伸电极设计，解决了电极退移问题；Neuralink首个人体试验中，85%的电极曾发生退移
- 螺旋形电极所需的拉伸力仅为传统设计的百分之一，可减少组织损伤和免疫反应
- 中国于2025年3月启动首个侵入式脑机接口临床试验，继美国之后成为第二个达到这一里程碑的国家
- 患者已能通过意念控制电脑、轮椅和机器狗，一名参与者还重返有偿远程工作岗位
- 知冉医疗和阶梯医疗等多家中国企业正推进商业化，目标是在2028年前获得市场准入
- 这项技术已纳入中国即将出台的“十五五”规划，脑机接口手术也已设立专门医疗收费项目
