赵继宗院士：脑机接口，医学与未来技术的交汇点

我是一名神经外科临床医师，与脑机接口结缘，始于近年我国＂脑科学计划＂的启动。彼时我有幸与从事基础研究的同行频繁交流，自2023年起，这项原本属于实验室的技术，正逐步走入临床，我也有了一些粗浅的体会。

今日所谈，主要分为三个部分：其一，回顾脑机接口百年发展的来路；其二，从一名临床大夫的视角，谈谈这项技术在医学领域应当扮演怎样的角色；其三，分享我们近年在＂北脑一号＂与＂北脑二号＂项目取得的初步成果。

关于脑机接口，学界至今仍没有一个统一的定义。综合业内主流认知，脑机接口是指在人或动物脑与外部设备间创建的直接连接通路，不依赖于脑的正常输出通路的一种全新的通讯和控制技术。2024年，Neuralink创始人马斯克（Elon　Reeve　Musk）在美国神经外科医师大会（CNS）上曾用一个更通俗的比喻来解释脑机接口：“可以把大脑想象成电路板，如果某些地方有短路或者缺失，这些问题我们都能修复。”

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事实上，脑机接口离普通人的生活也并不遥远。2014年，巴西世界杯开幕式上，一位截肢残疾青年借助脑控外骨骼完成开球的那一脚，震撼了整个世界。2019年4月，在CCTV直播节目中，清华大学高小榕教授团队运用外置型脑机接口，帮助一位罹患渐冻症12年、只有眼球能动的患者，仅凭意念打出了诗句：“希望，而且为之奋斗，把这一切放在你的肩上。”

2020年1月，浙江大学完成了国内首例植入式脑机接口手术。接受手术的是一位因车祸高位截瘫的72岁退休教师，他现在可以通过大脑皮层信号控制机械臂，完成部分自理动作。2023年5月，世界首例“脑—脊髓接口”手术已在荷兰成功完成——一位40岁的颈髓损伤患者因车祸而四肢瘫痪，如今凭借脑部电极与脊髓电刺激的协同作用，重新踏出了行走的步伐。

今天，脑机接口所依赖的主要信号是脑电波。而人类第一次记录脑电波，要追溯到1924年。这段历史背后还有个有意思的插曲：德国精神科医生汉斯·伯格（Hans　Berger）年轻时，在一次骑马训练中不慎跌落受伤，几乎在同一时刻，他收到了远方妹妹关切的电报。这种近乎“心灵感应”的巧合，激发了他对脑与意识联系的探究。一段偶然的意外，竟由此开启了脑电研究的百年篇章。

此后，脑机接口的发展大致经历了三个阶段。

第一阶段是学术探索期。自1924年脑电波被发现以来，科学家开始尝试理解大脑电信号的奥秘。

第二阶段是科学论证期。20世纪70年代至20世纪末，大量动物实验和早期人体实验在这一时期展开：1969年，科学家埃伯哈德·费兹（Eberhard　Erich　Fetz）让猴通过特定神经活动，控制仪表盘指针，从而获得游戏奖励，自此，科学家进一步尝试通过解码大脑电信号准确控制外部设备，脑机接口迈入科学论证阶段；1978年，诺贝尔奖得主威廉·多贝尔（William　Dobelle）为一位盲人视觉皮层植入68个电极的阵列，诱发了光幻视，开启了视觉假体的先河；1998年，菲利普·肯尼迪（Philip　Kennedy）和罗伊·巴凯（Roy　Bakay）为闭锁综合症病人植入“运动神经假体”实现对电脑光标控制；同年，布朗大学约翰·多诺霍（John　Donoghue）团队进行脑部手术，将人脑和大型主机相连，这是首次将芯片直接植入大脑皮层，为侵入式脑机接口铺平了道路。

第三阶段是快速发展期。进入21世纪后，脑机接口技术突飞猛进，应用领域不断拓宽。2019年7月，马斯克旗下的Neuralink公司在猪脑中植入3720个电极，甚至可以直接通过USB－C接口读取大脑信号，对大脑损伤更小，可以传输的数据更多，让脑机接口再次成为全球科技焦点；2020年，美国俄亥俄州的一项实验，在一位瘫痪患者的皮肤上放置电极系统，帮助他恢复了部分运动和触觉功能；2021年，斯坦福大学一项研究实现了内置型装置支持下的“意念打字”，速度达到每分钟90个字母，接近正常人的打字水平；同年，中国脑科学研究也进入系统布局阶段，开始形成更加完整的创新链。

脑机接口的工作流程可以概括为四步：首先是采集脑信号，其次是对信号进行处理和解码，然后把这些解码结果传递给外部设备，最终由设备执行动作或输出信息。

按照电极与脑组织接触方式的不同，脑机接口的类型可分为四类：

第一类为非侵入式，通过头皮贴附电极帽或头环采集脑电波。优点是无需手术、安全便捷；缺点是隔着颅骨与头皮，信号的分辨率与强度均不够理想。

第二类为侵入式，电极直接植入大脑皮层，信号品质最为优越。然而它面临两大难题：一是手术风险，二是生物相容性——人体对任何异物都会做出反应，长期植入的电极被因免疫反应形成胶质瘢痕组织逐渐包裹，信号趋于失效。这是脑机接口长期临床应用所面临的核心挑战。

第三类为半侵入式，电极置于硬脑膜外，既避免直接刺入脑组织，又能获得相对较好的信号质量，属于两者之间的折中方案。

第三种为介入式，是近些年才出现的新兴的技术——借助血管，将带有电极的支架递送至矢状窦，从血管内采集管理四肢活动区的脑电信号，电极接收到信号后就可以支配肢体运动。2024年美国神经外科年会上，有研究团队宣布已经完成6例相关手术。这项技术目前已获美国　FDA　豁免，开辟了脑机接口的全新通道。

脑机接口的应用非常广泛，比如医疗，军事，教育等多个领域。不过作为一名神经外科医生，我最关心的仍是脑机接口所面临的临床需求。

2024年，《柳叶刀》发表的全球疾病负担研究显示：在全球204个国家的所有371种人类疾病中，神经系统疾病困扰着超过34亿人口，占人类总数的三分之一。世界卫生组织于2025年10月发布的《神经病学全球情况报告》进一步指出，神经系统疾病每年导致全球约1100万人死亡，其十大病种依次为：中风，新生儿脑病，偏头痛，阿尔茨海默病及其他痴呆症，糖尿病性神经病变，脑膜炎，特发性癫痫，早产相关神经系统并发症，自闭症谱系障碍及神经系统癌症。

聚焦中国，情况尤为严峻：脑神经系统患病总人数位居世界首位，脑重大疾病已经成为中老年人致死和致残的主要原因之一，并占据疾病经济负担的首位，约为20％。首都医科大学郝峻巍教授与中国疾控中心周脉耕教授在《细胞》发表的文章，对中国主要神经系统疾病负担进行分析，指出我国神经系统疾病的突出特征之一是卒中主导，另一个是痴呆增速明显。中国脑出血患者约2746万人，脑缺血即脑梗死患者约2343万人，老年痴呆患者约1699万人，帕金森病及其他一些神经退行性疾病同样呈明显上升态势。这背后的原因，是我国老龄化进程迅猛。

另一篇发表于《柳叶刀》的文章还指出，脑卒中目前是全球第二和第三位死因相关问题的重要来源，全球约有9400万人生活受到脑卒中的影响。脑卒中的后果尤为令人扼腕。患者在发病初期约有69％到80％会遗留后遗症，其中75％存在运动障碍，表现为不同程度的偏瘫或半身不遂；38％有语言障碍甚至失语；51％有认知障碍；还有约15％会出现严重意识障碍，即俗称的＂植物人＂——尚能呼吸进食，却已无从交流。

阿尔茨海默病，也就是过去很多人口中的“老糊涂”，就是一种严重的神经退行性疾病。据《中国阿尔茨海默病报告2025》报道，2021年，中国阿尔茨海默病患者总数达到约1699万，患病率为1194.2／10万。与1990年相比，粗患病率增长了249.1％。

帕金森病同样不容忽视。据《中国帕金森病报告2025》报道，中国现存的帕金森病患病人数超过500万例，发病人数约占全球发病人数的38.08％，因帕金森病导致死亡的人数约占全球的23.71％。疾病进展到一定阶段后，患者会出现明显的运动障碍，甚至连最基本的日常活动都难以完成。

肌萎缩侧索硬化，俗称“渐冻症”，是一种慢性、进行性神经性疾病，主要对躯干、四肢和头面部肌肉造成损伤。我国的渐冻症患者约10万，发病多集中于40至50岁的壮年。大家比较熟悉的京东前副总裁蔡磊，所患的正是这种疾病。它最残酷的地方在于，患者意识清醒，却会逐渐失去对身体的控制，最后全身瘫痪，只能靠呼吸机维持生命。

特发性癫痫也是重要的神经系统疾病之一，癫痫患者全国约300万，而且至今没有很好的针对性药物。

精神心理疾病同样值得重视。中国科学院心理研究所的傅小兰团队在近20万人次调查中发现，我国抑郁症检出率为10.6％，焦虑风险检出率达15.8％，每年逾10人死于自杀，其中约40％源自抑郁。

孤独症也是许多家庭长期面对的难题。孤独症全球患者约6180万，中国自闭症发病率大概占全球的12％。对于这些孩子和家庭来说，目前能够获得的支持仍然十分有限。

还有偏头痛。它在我国患病率为14.1％，且女性多见，一半的病人有家族病史。坊间一句“病人头疼，大夫也头疼”，道尽其难。

我曾用四个字概括这些疾病的共性：难、惑、缠、负——治疗困难，病因迷惑，后遗症缠绵难愈，同时给患者家庭及社会造成沉重的经济负担。

截至2024年底，我国残疾人总数已达8500万，其中肢体残疾、听力障碍各逾2000万，视力障碍逾1000万，精神障碍600余万。面对如此沉重的现实，脑机接口技术的出现，为这些被疾病禁锢的生命另辟新径。

今年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要》正式通过，将脑机接口列为六大未来产业之一。这一国家战略定位，使脑机接口在神州大地上蓬勃兴起，呈现遍地开花之势。

2024年7月，工业和信息化部发布了关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见；同年一月，北京市率先出台《加快北京市脑机接口创新发展行动方案（2025—2030年）》，并特别强调与人工智能的深度融合。2023年，中国信息通信研究院牵头成立脑机接口产业联盟，我所在的天坛医院与华山、宣武等院共同担任副理事长单位。

＂北脑一号＂与＂北脑二号＂正是依托＂政产学研用＂五位一体模式开展的国家级项目。新智达公司承担生产，天坛医院、清华大学、中国科学院信息工程研究所组成研发联合体，并在北京天坛、宣武、北大医院等15家分中心同步推进。

我所服务的北京天坛医院，承担着多项重要使命：北京市脑机接口重点实验室、脑机接口意识调控联合实验室、脑机接口神经功能重建临床中心均挂牌于此。国家发改委于2025年拨付1330万元专项资金，使我们建立了脑控、康复、调控等四大转化平台，所有临床试验设备已经齐备。

在临床转化层面，我们已经建立起相对完整的脑机接口诊疗与试验体系。

目前，我们设有专门的脑机接口病房，共24张床位，全部为单间，并配备完整的医护团队。2025年3月，我们还开设了国内唯一的脑机接口门诊，每周三上午半天开诊，至今已登记1800余例患者，其中以脑卒中后运动障碍及渐冻症患者为主。

患者进入临床试验前，需要经历一套严格筛选流程：首先通过网络招募，再进行电话沟通和视频初筛；符合条件的患者，才会进入住院评估。住院后，患者需要完成一整套影像学检查，包括普通磁共振、功能磁共振，以及用于显示神经传导通路的特殊序列。这些检查能够帮助我们判断手、脚、语言、视觉等功能区的位置，为下一步手术提供精确的影像学依据。

在具体技术路径上，“北脑一号”采用半侵入式脑机接口方案，将电极放置在硬脑膜外，不直接刺入脑组织；手术时需要打开约三厘米的骨窗，暴露硬脑膜后放置电极，再将骨瓣和头皮复位。这样的设计，是希望在信号质量和手术安全性之间取得平衡。“北脑二号”侵入式脑机接口，基于1024通道柔性微丝电极，电极与脑组织的关系更近，也面向更复杂的功能重建需求。

回望我们的临床实践，2025年3月20日，我们完成了天坛医院第一例“北脑一号”植入手术。患者是一位47岁的男性，脑出血后已一年，遗留偏瘫。5月19日，我们完成了第二例“北脑一号”植入手术，患者是一位50岁脑梗死患者。术后一个月，中央电视台英文频道曾对这位患者进行采访。此后，相关手术陆续推进。到目前为止，已经完成23例“北脑一号”人体植入，近期效果满意。

北大医院、宣武医院、天坛医院进行“北脑一号”人体植入手术

植入只是第一步，真正的功能恢复还需要长期训练。我们的患者术后通常需要在医院接受一个月的训练。第一位患者可以用意念指挥电脑上的光标，术后一个月已经可以完成握拳动作；第二位患者经过训练，三个月以后可以拿起水杯，一个月后出院。出院以后，我们还帮患者在医院附近租房，方便他继续完成后续的康复和随访。

2026年3月15日，我们又完成了首例脊髓损伤患者的“北脑一号”植入手术。患者为38岁男性，因车祸导致颈三至颈五椎体骨折致瘫。术后，他已经能在病房中通过意念移动光标，较术前有了肉眼可见的进步，目前仍在康复中。3月18日，多中心工作正式启动；此后，相关病例研究继续在全国范围内推进。

为了让这项技术真正走向规范化和规模化，我们也在同步推进多中心协作和临床培训。2025年5月17到19号，我们举办了相关培训班，参加培训的有三百多位学员；今年4月21日、22日还将继续举办。现在，“北脑一号”已经正式启动全国16个分中心的工作，2016年准备完成40例脊髓截瘫患者“北脑一号”的植入手术。

与此同时，我们下一步还要继续探索真正意义上的脑—脊髓接口。2025年，相关方向获得“脑科学与类脑研究”国家科技重大专项支持，即“面向运动功能重建的脊髓外周神经融合精准调控技术研究”，由北大的李志宏、海南大学的梁丰研、深圳先进院的高飞、天坛医院的高小弟共同完成。

2025年中国十大科技进展评选中，“北脑一号”入选。按照规划，到“十五五”末期，“北脑一号”将获得三类医疗器械注册证，并在三甲医院全面推广；“北脑二号”将获得三类注册，进入临床试验阶段，并在全国十家医院完成50例临床实验，其中包括偏瘫20例、截瘫20例、渐冻症10例。

更重要的是，我们希望在这一过程中提出中国脑机接口的临床指南和技术标准。因为在国际上，目前也尚未形成成熟的指南和标准。中国脑机接口如果能够在临床实践中走出自己的路径，就不仅是在追赶世界，也是在为这一新兴领域贡献中国方案。

脑机接口的临床应用目前仍然面临挑战。

其一，对脑功能的认知尚未透彻。脑机接口的根基在于对大脑功能的理解，而人类对自身大脑的认识，迄今仍如管中窥豹。脑科学的持续突破，是推动脑机接口走得更远的根本前提。

其二，技术稳定性的考验。我常说一句话：脑机接口，三年看效果，五年出结论。脑机接口绝非装上即功成。荷兰一位58岁的渐冻症女性患者，2015年植入脑机接口，7年后信号消失——电极被免疫组织包裹，功能宣告失效。因此建议脑机接口治疗指南应该明确：脑机接口疗效至少需观察三至五年。

其三，需要发展双向脑机接口，同步恢复患者行走与感觉。与目前大多数单向脑机接口不同，新系统实现了“双向”通信：不仅能够解读患者大脑运动皮层的信号，控制可穿戴机器人外骨骼迈步，还能通过刺激大脑感觉皮层，向患者实时传递模拟的行走触觉，形成一个完整的感知—控制闭环。

其四，隐私与伦理的拷问。斯坦福大学曾对四位患者开展研究，本意是恢复其运动功能。然而研究中，他们意外解码出了患者内心独白的74％——也就是说，患者脑海中转瞬即逝的念头、对家人的牵挂、甚至只是对路况的焦虑，都可能被技术悄然读取。这是何等严重的隐私问题！所幸联合国教科文组织已组织24位专家起草神经技术伦理框架，并于2024年11月通过。我国相关伦理指引也在加紧制定之中。

其五，团队协作的考验。脑机接口绝非单兵作战可以胜任。需要信息科学、材料科学、临床医学、脑科学、计算机科学……等等多学科的协作。这对中国的科研组织方式提出了更高的要求，不是拿一个项目、写两篇论文的事。

其六，人工智能时代的考量。脑机接口若与人工智能深度融合，能否在增强人类智力的同时，守住人类自身的尊严与边界？

最后，成本问题。目前脑机接口仍处于临床试验阶段，虽然部分省市已制定手术报销标准，但远超普通家庭支付能力。

脑机接口可以替代、恢复、增强和补充脑功能，为脑功能损伤患者带来新的康复可能。目前，脑机接口还处在临床试验阶段，仍有许多技术、伦理和标准问题尚待解决，但随着脑科学研究不断深入，它在医疗健康领域的前景十分广阔。

脑机接口必须依靠“政、产、学、研、医”的通力合作。而在其中，临床神经科学更应担起“主力军”的责任。尤其对于神经外科医生而言，脑机接口已不再是“与己无关”的前沿技术，将其纳入日常诊疗考量的现实已经到来，我们这一代医生已不再是旁观者，必须成为参与者。