高位截瘫患者（左）通过脑智卓越中心等单位研发的脑机接口系统意念控制轮椅
因颈髓损伤而高位截瘫的中年人，仅凭意念，即可自如地操控智能轮椅在小区遛弯，指挥机器狗作为“身体延伸”取回外卖……
这便是近日中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心赵郑拓、李雪团队联合复旦大学附属华山医院及相关企业，开展的第二、三例侵入式脑机接口临床试验的成果。
“装了脑机之后，每天都会有些不一样。”第二例临床患者感叹。甚至，科研团队还为他找了份工作，他开始参与线上数据标注工作，不仅有了收入，更让自我价值得到了一定体现。
“今年，脑机接口迎来了爆发式增长，也受到了社会的广泛关注。可以预见，未来几年内，脑机接口和人工智能仍将是科技竞争的重点领域。在这两个领域里，中美的竞争是直面的。我们的发展方向和美国不太一样，我们特别重视社会需求和应用场景，而且是一种开源的模式。”脑智卓越中心学术主任、中国科学院院士蒲慕明表示，“我们对自己接下来的要求是，患者能实现精细控制。下一次展示，或许就是患者能用机械手弹《茉莉花》了。”
高位截瘫患者通过脑智卓越中心等单位研发的侵入式脑机接口系统意念控制机器狗
患者控制体验极其流畅，意念与动作几乎同步
第二例临床患者张哥的故事，始于一次不幸的摔倒：2022年，患者因脊髓损伤导致高位截瘫，经过一年多的康复，情况没多大改善，仅剩头颈部可以活动；今年6月，他植入了脑智卓越中心和合作企业联合开发的脑机接口系统。
几周后，变化发生了！
最初，他经过两三周的训练，实现了对电脑光标、平板电脑等电子设备的控制。科研团队捕捉到了他更深层的渴望：不仅仅是控制虚拟世界，更是要重新“触摸”和影响真实的物理世界！
为此，技术团队将应用场景从二维的电子屏幕，拓展至三维的物理外设。智能轮椅和机器狗成为了新的控制对象。这不仅需要解码“向左”“向右”的简单意图，更需实现连续、稳定、低延迟的精准控制，以应对真实环境中复杂的路面状况和交互任务。
“我们开发了高压缩比、高保真的神经数据压缩技术，并创新性地融合了多种数据压缩方式。这套混合解码模型，即便在神经信号相对嘈杂的环境中，也能高效提取有效信息，将脑控性能整体提升了15%—20%。”脑智卓越中心研究员赵郑拓介绍。
不难想象，家庭、社区等真实环境充满声、光、电磁等各类噪声，患者自身的生理、心理状态也会波动。为此，团队引入了“神经流形对齐技术”，其核心是从高维、多变的神经信号中，提取出代表核心意图的、稳定的低维特征，确保了解码器输入端的鲁棒性。
“速度”也是至关重要的一项指标。记者了解到，人体自然神经环路的传导延迟在200毫秒左右。团队通过自定义通信协议，将脑机接口系统从信号采集到指令下发至外设的端到端延迟，压缩到了100毫秒以内，甚至低于人体自身的生理延迟。这使得患者的控制体验极其流畅自然，意念与动作几乎同步。
“就像控制游戏里的人物，不用特意去想摇杆要往哪个方向摆，自然而然想往哪个方向就过去了。信号传输比较稳，也没有太多延时。”张哥如是说。
已进入“创新绿色通道” 未来手术像“打耳钉”
新民晚报记者了解到，赵郑拓、李雪团队开发的侵入式脑机接口系统，已进入国家药监局创新医疗器械审评的“创新绿色通道”。
摄影：陶磊
“最核心的元器件是我们积累了近十年的超柔性电极，电极丝厚度仅有发丝的1%，宽度与头发丝相似。电极弯曲时产生的作用力，与两个细胞间的互相作用力差不多。”赵郑拓介绍。
植入过程，是将颅骨局部打薄5毫米左右，形成一个骨槽，把硬币大小的植入体嵌入颅骨；而后通过颅骨上的小孔，将电极丝微创植入到大脑皮层下约5—8毫米的深度。
“我们期待，未来植入手术会变得像‘打耳钉’一样简单、微创。”他补充道。
赵郑拓透露，第三例受试者同样是位高位截瘫病人，今年10月接受手术。不到两个月时间，已能控制机械臂帮助自己喝水。
在长期观察中，团队还发现了一个有趣的神经机制：随着患者对脑控外设的熟练，完成任务所激活的神经元群体，会从初期“大兵团作战”逐渐演变为“精锐小队出击”。神经元数量减少，但单个神经元的调控效率和贡献度提升，认知负担大幅降低——这从神经科学层面解释了为何患者最终能达到“随心所动”，将外设内化为“身体一部分”的境界。
赵郑拓用一个生动的比喻描述：“就像学外语，从需要脑中‘过渡一下’到能直接脱口而出。”
关注真实生活具体问题 想帮患者恢复生活能力
在脑机接口领域，存在着“技术展示”与“真实应用”的潜在张力。一些演示可能追求视觉震撼，但脑智卓越中心研究李雪表示，他们的原动力就是解决患者真实生活中的具体问题。
赵郑拓研究员与第二例侵入式脑机接口临床患者
“我们听到很多患者需求，就是希望能在脑机接口系统的帮助下，实现自己可以帮自己换导尿管。”赵郑拓说。
两位年轻的科学家告诉记者，选择研发脑机接口技术，是“看到了它有消费级的应用场景”，而之所以先“走”医疗，也是因为这是“必经之路”——既能满足很多人的实际需求，又能推动不断打磨各项技术。
“比方说，对于智能机器人、多个自由度的机械臂等复杂外设，是否可以通过大脑神经活动编码的复杂信息，操控多自由度的机械臂，最终可以像自己身体的一部分那样灵活。”李雪说。
高位截瘫患者通过脑智卓越中心等单位研发的侵入式脑机接口系统参与线上数据标注工作
值得一提的是，在应用探索中，赵郑拓及李雪敏锐地抓住了“再就业”这一更深层次的社会需求，与地方残联的“科技助残”项目合作，让第二例受试者参与线上数据标注工作。“我现在是一位实习分拣员，每天都要对着电脑脑控光标，练习商品分拣，有点难。但对我来说是宝贵的机会，钱不多，攒起来给儿子读大学。”
在李雪看来，对于一位高位截瘫者而言，能够通过劳动获得报酬，意味着他不再仅仅是被家庭和社会单向照料的对象，而重新成为了社会价值的创造者，“三年前在开发第一代原型机时，团队就开始构思如何帮助患者恢复工作能力。”
赵郑拓发给记者一份“临床试验患者招募”公告，显示正在招募因高位颈髓损伤、脑干中风、渐冻症等导致四肢瘫痪，或双上肢截肢患者。“我们已经收集到了七八百人的申请，会经过非常严格和谨慎的筛选，挑选临床试验患者。”赵郑拓表示。
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