南方医科大学李骁健：探索植入式脑机接口的医学之路

文献来源：国家科学评论（National Science Review，NSR） 文章标题：Exploring the Medical Road for Implantable Brain-Computer Interfaces 作者：李骁健 作者单位：南方医科大学粤港澳大湾区脑科学与类脑智能研究中心 基金支持：本研究得到国家重点研发计划（2023YFE0101400）资助

随着我国“十五五”规划明确将脑机接口（BCI）列为未来产业，该领域正经历一场深刻的范式变革。大众对脑机接口的认知大多仍停留在“意念控制”，而以解决实际临床难题为核心的医学脑机接口发展路径正变得愈发清晰。这标志着脑机接口技术，正从探索性研究转向以临床需求驱动、具备医学实际价值的应用方向。

2026年1月，中华医学会神经外科学分会发布《植入式脑机接口临床应用路径规范化管理中国专家共识》，提出以“可检测的脑信号、明确的躯体治疗靶点、具备可塑性的神经环路”为核心的患者入组标准[1]。

针对中枢神经系统损伤患者，医学植入式脑机接口存在两大主要治疗目标（见图1）。 第一是功能替代：借助脑控外部设备，代偿已经丧失的运动或交流能力。第二是功能恢复：促进受损神经系统的重组与修复，最终逐步重建机体固有的神经功能。

功能替代主要依靠大脑与外部效应器的耦合集成；而神经恢复的内在原理则完全不同。修复神经功能不等同于维修机器，并不是简单替换零部件，它依赖于神经系统本身的结构与功能可塑性，通常是神经环路逐步重组的渐进过程。因此，神经功能恢复，或许是植入式脑机接口临床发展一条尤为重要的长期方向。

早期研究证实，通过植入设备建立的、依赖神经活动的人工神经连接，能够诱发皮层的长期重组。以此机制为基础，后续闭环脑机接口研究表明：依托任务关联的感觉运动反馈，可以利用这种神经可塑性，促进神经系统损伤后的功能恢复[2,3]。

神经元之间负责信号传递的突触可以发生增强或者减弱；在训练与经验的驱动下，新的树突分支会生长，原有分支也会发生回缩。通过上述累积变化，网络层面的神经活动模式能够被逐步重塑，进而形成适配任务需求的全新功能模式。此外，神经元可以扩大自身的作用范围：即便部分神经元发生死亡，其余神经元也可以拓展自身的功能覆盖域，代偿丢失的处理能力[4,5]。至关重要的一点是，脑机接口技术提供了一套可控的交互接口，能够有效引导并驱动神经网络与神经环路的这种重塑过程。

图1 医学脑机接口中功能替代与功能修复相结合的临床应用 (a) 临床使用的半侵入式与侵入式脑机接口； (b) 短期层面：脑机接口采集、解码脑信号，驱动康复手套、外骨骼等外部效应器，实现部分运动功能替代，依靠外部设备代偿受损的躯体功能； (c) 长期层面：半侵入式脑机接口利用闭环体感反馈、神经刺激等多种反馈模式，持续调控脑机效应器环路，促进残存功能脑区以及相关中枢神经网络发生重组，实现机体自身功能的部分修复。

植入式脑机接口（iBCI）的技术基础是颅内电生理学。它的核心功能是记录神经电活动，并且建立神经活动与行为、认知状态之间的关联模型，以此研究脑功能与环路机制。 在基础神经科学研究中，Utah array这类穿透式微电极阵列常被用来采集单神经元层级的电生理信号，用于研究单个神经元及其功能单元的活动模式。部分面向完全瘫痪人群的植入式脑机接口系统，利用皮层内电极阵列采集运动皮层大量神经元的信号，实现高性能的运动功能替代。

但在临床实际应用场景中，采集单神经元级别的信号并不是硬性必要条件。经典神经动力学研究证实，运动控制这类脑功能，依托的是神经元群体的动态活动轨迹，而不是单个神经元的孤立放电活动[6]。脑卒中患者出现运动功能障碍，其根源往往不是单神经元的异常，而是大脑分布式网络整体出现功能失调。电极植入的靶区，很多是功能受损但仍然残存部分功能的脑区。和穿透式电极相比，皮层表面电极既可以覆盖这类残存功能脑区，同时还能把对剩余功能皮层造成的额外组织损伤降到最低。

植入式脑机接口的临床应用必须立足于神经生理机制。它的核心不只是记录和解码神经信号，更要基于功能性神经环路设计脑机交互范式，主动调动患者自身的运动意图。针对神经损伤患者，应当充分利用残存功能脑区以及其保留的生理功能；把患者自主产生的运动意图以及伴随的神经活动，作为整个闭环的起点。在与神经活动匹配的精确时间窗口内，输出外部效应器的运动指令以及感官反馈，以此在运动意图神经活动感觉运动反馈三者之间建立稳定的时间关联。

反复、时序精准的闭环配对，能够促进残存神经环路产生依赖活动的强化效应与环路重组，逐步形成支撑目标功能的功能性连接与代偿通路。因此，立足于生理机制、由主动运动意图驱动、具备精准时序配对特征的脑机交互范式，是利用神经可塑性实现神经功能重建与康复的关键路径，也是植入式脑机接口实现治疗价值的重要基础。

医学植入式脑机接口的两大核心任务，是对残存脑区、代偿性功能脑区进行精准定位，以及实现神经功能重建。对于神经外科手术患者，大脑内部既存在需要切除的病灶，也存在受病灶挤压而功能发生畸变的存活功能脑区。植入式脑机接口可以帮助外科医生更可靠地区分病灶与被挤压畸变的功能脑区[7]。 而在神经修复层面，脑机接口可以在大脑和效应器之间构建闭环系统，引导受损神经环路重塑，最终让受损靶器官恢复生理功能。打个比方，该过程和人工神经网络中常用的反馈驱动学习范式相类似。通过大脑与外部效应器的反复交互，强化反馈能够推动神经环路的适应性重组，逐步实现功能康复。

一名偏瘫患者，借助植入式脑机接口训练系统，可以在大脑残存功能脑区周边诱导形成代偿性功能区域，让原本无法活动的肢体重新获得自主运动能力。这不是依靠外部设备完成的“替代”，而是患者自身神经功能的“重塑”。

与此同时，穿透型电极存在损伤皮层组织、干扰生理重塑过程的风险，这也在一定程度上推动了另一条主流技术路线的发展：采用柔性薄膜电极贴附在大脑皮层表面采集神经电生理信号[8,9]。这种共形薄膜电极方案，降低了靶区损伤以及植入带来的长期风险，更符合医疗器械长期安全、可靠使用的临床需求[10]。

本文提出观点：医学植入式脑机接口的研究与应用，应当优先实现神经功能恢复，将功能替代作为补充策略，同时解决患者当下的功能缺损与长期的神经康复问题。基于植入式脑机接口对神经功能解析、神经网络重塑的原理，应当搭建一套包含“作用机制设备临床实践”的闭环医学框架。该框架面向中枢神经系统损伤患者完整病程开展全周期干预，构建一套完备的植入式脑机接口治疗体系。

医学植入式脑机接口真正意义上的产业突破，并非来自短期技术演示，而是依靠循证医学数据，回答“要不要用、什么时候用、如何使用”这些核心临床问题。 医学植入式脑机接口的发展目标，是把该技术深度融入现代医疗体系，使之成为医生诊断、治疗流程中可靠工具，应对从手术精准导航到神经功能重建的各类临床难题。

临床转化没有捷径，需要长期、扎实的循证研究工作。只有当技术回归改善患者临床结局这一根本目的，才能够创造真正扎实、具备临床实际意义的价值。

参考文献

[1] Neurosurgery Branch of the Chinese Medical Association. Chin J Neuromed 2026; 25: 110.

[2] Jackson A, Mavoori J, Fetz EE. Nature 2006; 444: 5660.

[3] Biasiucci A, Leeb R, Iturrate I, et al. Nat Commun 2018; 9: 2421.

[4] Yang G, Pan F, Gan WB. Nature 2009; 462: 9204.

[5] Murphy T, Corbett D. Nat Rev Neurosci 2009; 10: 86172.

[6] Siegel JS, Ramsey LE, Snyder AZ, et al. Proc Natl Aca Sci USA 2016; 113: E436776.

[7] Chang T, Wu Y, Quan Y et al. Int J Surg 2025; 111: 284961.

[8] Konrad P, Gelman KR, Lawrence J et al. J Neural Eng 2025; 22: 026009.

[9] Khodagholy D, Gelinas JN, Thesen T et al. Nat Neurosci 2015; 18: 3105.

[10] Metzger SL, Littlejohn KT, Silva AB et al. Nature 2023; 620: 103746.

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