2024年12月，中国在脑机接口领域取得了一个里程碑式的进展。上海脑虎科技与复旦大学附属华山医院神经外科吴劲松教授团队合作，成功完成了国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语的临床试验，在世界上首次实现了脑机接口的汉语实时编解码。一位43岁语言区占位肿瘤癫痫患者经过手术，植入了一个由国内团队自主研发的256导高通量脑机接口电极。术后一周内，经过适当地培训，这名患者已经能够以71%的准确率解码142个常用的汉语音节，单字解码的时间延迟控制在100毫秒以内。在2025新年伊始，这名患者已经能在上海华山医院成功地用意念发送“2025新年快乐”的信息。
脑机接口技术不仅可以帮助那些失去语言、运动能力的人重获新生，更有望给人机交互形式带来难以估量的革命性变革，成为人类和AI之间的最佳交流方式。因此，以马斯克为代表的美国科技界人士对脑机接口倾注了极大热情，以典型的“高风险+高投入+长周期”美国科技创新模式追求极致的交互效果。中国相关企业却与之存在明显差异，呈现出鲜明的市场导向，从相对简单的非侵入式、半侵入式技术入手。可以说，在脑机接口的竞争中，中美企业又一次体现出了各自的传统风格，两者孰优孰劣，就有待时间检验了。
开启“交互革命”？
2016年，科技企业家埃隆·马斯克与另外八位联合创始人共同成立了专注于脑机接口技术研发的Neuralink公司。作为在全球科技界颇有影响力的企业家，马斯克的入局为“脑机接口”这一技术带来了泼天的流量和关注度，也让大量风险资本关注到了这一领域，行业内开始出现了大量投融资，一个新兴的产业生态系统开始逐渐成形，大量相关的创业公司也如雨后春笋般涌现，试图在这片蓝海中分得一杯羹。
但要严格说起来，“脑机接口”本身并不是新世纪的产物。
早在1973年，就已经有科学家正式提出了“脑机接口”的概念，并且已经做了许多关于大脑信号解读及应用的研究。用最简单的话来说， 脑机接口是一种“双向”的设备，它可以在大脑和外部设备之间建立通讯路径，通过读取大脑产生的电活动、磁活动或血液流动变化等信号，并把这些生物信号解码成可以被计算机或其他电子设备理解的电信号，从而实现对其他设备的控制。
通过解码大脑的生物信号，医生可以监测患者潜在的疾病，帮助瘫痪的患者控制假肢或轮椅，改善生活质量，让有运动障碍的人仅凭思维就可以完成打字、浏览网页等活动，或者结合VR、AR技术，创造出更沉浸的体验。
脑机接口并不仅限于输出功能，它还可以接收来自外部设备的状态更新或环境感知数据，并转换为适当的电刺激，作用于特定的大脑区域或周围神经系统，从而模拟触觉或运动感等感官体验，比如把外界的光信号、声信号转化成电信号，刺激相应的大脑皮层，帮助失明和失聪的病人重获视觉或听力。此外，脑机接口在改善认知能力和心理健康方面也展现了潜力，包括强化记忆力和注意力，以及管理情绪障碍，甚至成为对抗帕金森病、癫痫乃至抑郁症等神经精神疾病的有力工具。
这些是脑机接口技术最直观能为人类社会带来的便利，但还有的人对这门技术前景的想象更加“乐观”，比如马斯克。在马斯克等未来主义者看来，脑机接口将不仅是改善生活质量的手段，更是推动人类进化的重要工具，是开启下一代人机互动革命的关键。
随着机器人技术和人工智能的迅猛发展，我们已经创造了复杂且智能的机器，它们能够自我学习并完成各种任务。然而，人类与这些高级机器之间的交互界面却未能跟上步伐，成为限制生产力和科技进一步发展的瓶颈。
在工业时代，复杂的机械操作需要经过大量的培训才能掌握，比如飞机或高铁驾驶员、熟练工程师的培养，不仅耗时且成本高昂。到了信息时代，尽管我们所拥有的手机和电脑，性能已经越来越强大，但我们与这些设备的主要交互方式——鼠标、键盘、触摸屏以及语音输入——却并未发生根本性变革，这使得人机交互效率依旧低下。
即使是面对当下最新的大语言模型（LLM），我们也还是需要通过打字或语音输入，来构建有效的提示词（Prompt），告诉ChatGPT、豆包或者Kimi它们需要怎么做，这一过程同样需要大量的学习和实践，限制了效率的进一步提升。
在马斯克看来，当前科学技术的发展和落后交互方式之间的矛盾已经十分明显，成了阻碍人类社会效率进一步提升的关键问题。为了操纵更复杂的工具，人类需要接受培训的时间已经越来越长，以前高中毕业就能胜任的工作，现在本科毕业都不一定做得了，而这又反过来，阻碍了人类社会开发出更复杂的机械，以及更高级的人工智能。加速脑机接口技术的研发，或许是解决这一矛盾的关键。通过直接建立大脑与机器之间的连接，有可能打破传统输入方式的局限，促进更高效、更直接的人机交流，进而大幅提升工作效率，开启全新的工作和生活方式。
尽管脑机接口技术承载着许多未来主义者的构想，但现实却是，当前的脑机接口技术仍处于十分早期的阶段，并且在技术和伦理上面临着诸多挑战。
按照信息流动的方向，脑机接口可以分为将大脑信号发送出去以控制外部设备的输出式，以及接受外部信息并将其传入大脑的输入式。而根据植入方式的不同，脑机接口又可以分为侵入式、半侵入式和非侵入式三种。
侵入式脑机接口（Invasive BCI）通过手术，把传感器植入进大脑内部，从而获得最清晰的大脑信号。半侵入式脑机接口（Partially Invasive BCI）安置于头骨之下，但不进入大脑组织，在提供相对较好信号质量的同时，风险也较低。人工耳蜗就是一种应用十分广泛的半侵入式脑机接口，医生通过外科手术，把电极阵列植入患者的耳蜗里，代替受损的听觉结构工作。当声波被捕捉后，人工耳蜗会将其转化成电信号，刺激耳蜗神经，使大脑接收到听觉信息，最终使听力损失者重新获得聆听世界的能力。
非侵入式的脑机接口只需要戴在头上，使用起来最为安全，但接收到的信号强度不如前两者，非常依赖现今的算法来实现有效的信号解析。传统的非侵入式脑机接口设备都比较重，不适合长期佩戴，而且还需要在人的头皮上涂上导电胶，或是盐水溶液来进行信号耦合，不仅涂起来非常麻烦，用完了之后洗澡也很难洗掉。
一种传统的非侵入式脑机接口设备
无论侵入式还是非侵入式脑机接口的技术路线，它们最终要实现的目标是一样的，都是读取和解码大脑的信号，在两种路线上都有不少团队在进行研究。之所以会有区别，主要是读取大脑信号的效率不同。
一个完整的脑机接口系统中，通常包含了脑信号采集、信号预处理与解码分析、控制接口、外部设备与神经反馈（生物反馈）几个关键环节，脑信号的采集和分析是其中最重要的环节。大脑中的神经元放电通常以毫伏级甚至微伏级信号存在，不同脑区、不同类型的神经元的突触也有不同的放电模式，相互之间存在大量串扰和关联，想要“读”出这些微弱的信号，需要极高的灵敏度和抗干扰能力强的电极，对硬件工艺的要求极高。
把人的大脑比作会议室，侵入式脑机接口就好比是在会议室内部放了个窃听器，你可以很清楚地听到谁在说话，说了哪些内容，但被发现的“风险”也最大。半侵入式就好比是在窗户或墙上打了个孔偷听，被发现的风险变小了，但也能大概清楚里面的人在讨论什么话题。非侵入式就相当于在隔壁的房间里听，虽然被发现的风险最小，但除非会议室里的人在吵架或者讲话声特别大，否则很难听清楚具体在讲什么内容。
美国：硬核攻关、审慎落地
以马斯克Neuralink、Synchron为代表的欧美科技企业，在侵入式和半侵入式的技术路线上投入的资源最多。侵入式脑机接口虽然风险大，但并不存在什么“政策性”的困难，美国FDA对这一类技术有着比较清晰的审批路径，侵入式脑机接口也更容易获得临床试验资源，并且在硅谷和华尔街也不缺大型风投、政府和行业巨头的注资（比如马斯克的个人资金、顶级VC等）。而一旦在康复医疗、假肢控制等领域取得突破，就可以形成核心专利和临床标准，拥有极高的技术壁垒和市场价值，是美国科技界比较熟悉的“高风险+高投入+长周期”的发展模式。
2019年，Neuralink开始在动物上进行脑机接口设备的测试。2021年，Neuralink把一块芯片植入到了猴子的大脑里，并成功让猴子通过“意念”玩上了简单的电子游戏。侵入式脑机接口的缺点是伴随较高的医疗风险，所以在进行大规模的人体试验前，还需要先在猴子等灵长类动物的身上做试验，积累经验改进技术以证明其安全性。
Neuralink展示的猴子用脑机接口玩游戏的视频
但在猴子上进行试验存在局限性，因为猴子不会说话，无法清晰地表达自己的想法，即使脑机接口设备捕捉到了脑电波信号，团队也无法准确地定位这个信号对应的是什么功能，最终还是需要在人身上进行大规模的临床测试。为了降低风险，Neuralink研发了超薄的柔性电极，以减少对脑组织的损伤和手术后的炎症反应，这个“电极”其实是一条比头发丝还要细的线，肉眼很难分辨，需要在显微镜或高倍镜头下才能清晰地看到。而每个“丝线”上又布置了多个金属通道，从而实现高密度的数据采集或刺激。
Neuralink团队的“丝线”
这个电极本身是非常“脆弱”的，一般的医生很难完成这么高难度的植入手术。为了提高手术的效率，Neuralink又研发了一台高精度的植入手术机器人，利用显微外科技术在避开血管的同时，把电极精确植入到特定的脑区，达到相对微创的手术效果。在2023年，Neuralink获得了美国FDA的部分临床许可，被允许招募人类志愿者进行临床研究和测试。
Neuralink的手术机器人
而另一家美国企业Synchron走的则是半侵入式路线，通过把一个带有微电极的“支架”（Stent）经由血管导管送入脑血管运动皮层附近的静脉中，电极贴附于血管壁，以采集或刺激临近皮层的神经信号。相比于传统的开颅手术，使用这种血管内植入的方式创口更小，手术风险也相对更低，同时也能采集到比纯粹非侵入式更精细的信号。
Synchron的脑机接口“支架”
Synchron从2022年开始进入临床试验，让患者通过脑机接口控制iPhone、iPad等移动设备。2024年7月，Synchron宣布其脑机接口技术成功实现了与Apple Vision Pro头显设备的连接，让患者可以直接用意念操纵Vision Pro，10月份Synchron官宣了和苹果公司的合作，旨在帮助瘫痪患者重新获得对日常设备的控制能力。
美国在侵入式脑机接口上投入更早，Neuralink、Blackock Neurotech、Synchron等公司都深耕大脑皮层或血管内植入技术，以获得更高精度、更高带宽的神经信号，同时凭借着美国自身在芯片设计制造、材料科学和电子工程领域的技术积累，开发出了许多高集成度、低功耗的芯片，在一些核心零部件上具有优势。
举个例子，Neuralink在去年进行的临床试验中，使用的脑机接口设备包含了1024个电极。而在同年5月，Neuralink的另一家竞争对手Precision Neuroscience宣布其采用不同的技术路径，成功在人脑上放置了4096个电极，并且打破了去年2048个电极的最高纪录。对于脑机接口技术来说，更多的电极数量通常意味着更高的“分辨率”，能记录或刺激更多的神经元群体，从而带来解码精度或复杂性的提升。这些更高效、更精密的核心零部件设备，也是美国脑机接口相关科技企业的核心竞争力所在。
中国：规模化拓展、尝试前沿
在马斯克创立Neuralink之前，国内外就已经有许多与脑机接口相关的科技企业和研究团队了。和美国相比，中国团队更多是以更安全的非侵入式路线为主，并且会更加注重将脑机接口技术与健康管理、教育训练等实际的应用场景相结合。
成立于2015年的BrainCo强脑科技是这一领域的佼佼者之一，创始人韩璧丞是哈佛大学脑科学中心博士。强脑科技曾经面向TO C和TO B市场，推出过头戴式舒压系统和智能安睡仪，用来帮助使用者进行正念冥想练习，达到放松身心的效果，监测睡眠状态以改善睡眠质量。
不过BrainCo也曾面临公众对其技术伦理的质疑，在2019年的时候，浙江金华一所学校使用了公司的“智能头环”来监控学生上课时的注意力集中情况，此举引发了广泛的隐私侵犯担忧。尽管脑电波监测作为评估注意力的一种手段具备科学依据，但这个事件也凸显了脑机接口技术在发展过程中必须解决的重要问题——如何平衡技术创新与保护个人隐私之间的关系。在舆论压力下，这个项目最终被叫停。利用脑电波来评估注意力集中程度确实有其科学基础，但如何平衡技术创新与个人隐私保护之间的关系，也是整个脑机接口产业必须直面的一个伦理挑战。
强脑科技的智能仿生手能检测佩戴者的神经电和肌肉电信号，识别运动意图，并将其转化为实际动作
侵入式和非侵入式的路线总的来说并没有高下之分。和侵入式的脑机接口相比，非侵入式虽然获取到的大脑信号质量更差，但胜在能获取到的样本数量更多。从目前阶段来看，侵入式脑机接口需要做手术，能拿到的患者样本太少，并且大部分的患者都是有相应疾病的人，从这些患者身上获取到的数据，并不一定在健康的人身上也适用。而非侵入式脑机接口可以做更广泛的大样本实验，从上百、上千甚至上万个正常人身上读取脑电波数据，虽然获取到的信号质量不高，但如果样本量够多，结合当下的深度学习、机器学习等前沿技术，未必就不能“大力出奇迹”，实现有效的应用开发。
但正如浙江金华叫停课堂上的“注意力头环”一样，想要获取大量的脑电波数据推进相关技术的研发，也会面临和隐私有关的争议。和许多创业公司一样，不少和脑机接口相关的企业，都在努力让这一技术找到具体的应用场景，但“拿着锤子找钉子”并不是一条容易走的路。
从技术原理上说，脑电图是评估睡眠分期的黄金标准之一，戴在头上的脑电波头环可以直接检测和睡眠相关的活动，捕捉不同睡眠阶段特有的脑电模式，从而提供更为精确的睡眠结构分析，其准确率能达到智能手环设备的一倍以上，但又有多少消费者愿意为了这更高的准确率，而买一个智能头环呢？在电商平台上，相关的智能头环价格基本都在一千以上，并不算便宜。想要让这些前沿技术商业化落地，或许还需要找到更多能吸引消费者的“实用场景”。
虽然中国科研团队在过去更多走的是非侵入式脑机接口的技术路线，但在近年来，也有不少机构和团队在加大对侵入式、半侵入式脑机接口技术路线的研发力度，在国家层面也出台了相应的规范性文件。2024年1月，工信部等七个部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将脑机接口列为未来产业中的创新产品，要求制定专项政策文件，形成完备的未来产业政策体系。2月份科技部发布《脑机接口研究伦理指引》与《人—非人动物嵌合体研究伦理指引》，为脑机接口研究提供规范性政策文件和法规的指引。随着相关技术和科研基础设施的逐渐成熟，中国在侵入式和非侵入式的路线上也取得了不少进展，虽然整体水平与Neuralink、Synchron等美国科技企业相比稍逊一些，但在某些特定应用场景下，也已经能展现出比较良好的效果。
据公开报道，2024年Neuralink完成了两次人体脑机接口芯片植入手术，首例患者患者诺兰·阿博（Noland Arbaugh）在接受手术一个月后，可以通过意念控制电脑鼠标，玩在线游戏、下国际象棋，并在社交平台上发帖互动。但随后出现了问题，部分电极线脱落，导致有效电极数量减少，导致数据丢失并影响了传输效率，Neuralink通过修改算法，提高了对神经信号的敏感度，改善了信息解码技术，恢复了设备的部分功能。
Neuralink宣布完成首例脑机接口人体植入手术
第二例患者阿利克斯（Alex）在接受手术后，已经可以使用意念操作CAD软件，并且玩诸如《反恐精英2》等电子游戏。Neuralink通过优化手术流程，减少手术期间的大脑运动、减少植入物和大脑表面间的间隙、增加植入深度，避免了上一例部分电极线脱落问题的发生。
而差不多是与Neuralink同一时期，国内也进行了多次脑机接口的临床试验。2023年10月，清华大学与首都医科大学宣武医院合作，进行了全球首例无线微创脑机接口临床试验，帮助帮助了一位瘫痪长达14年的患者恢复执行简单动作的能力。最近的一次是在2024年11月，由清华大学生物医学工程系教授洪波带领的团队与复旦大学附属华山医院携手合作，将一个类似硬币大小的体内机精确地植入患者颅骨外表面，并成功采集到了来自大脑感觉运动区域的神经信号。这位38岁的患者因为一场车祸导致瘫痪已有四年之久。术后第三天，他便能够在辅助条件下离开病床并坐上轮椅；一个月后，这名患者更是能够通过自己的意念控制手臂，完成诸如拿起杯子喝水这样简单的动作。
患者通过脑机接口控制外骨骼喝水
中国团队采取的无线微创植入脑机接口NEO系统由博瑞康研发，属于“半侵入式”的技术路线，把电极放置在大脑硬膜外层，不像Neuralink的侵入式脑机接口那样需要将电极植入脑组织，降低了手术和术后并发症的风险。而无线的设计也减少了对体外设备的依赖，提高了患者的舒适度和日常生活的便利性。
而在侵入式脑机接口的技术路线上，近期也有国内团队取得了进展。
2024年8月，脑虎科技联合华山医院神经外科毛颖、陈亮教授团队顺利完成意念合成运动临床试验，实现了高精度实时运动解码，帮助一位21岁病灶在大脑运动区附近的癫痫患者实现了用意念“脑控”玩乒乓球、贪吃蛇等游戏，使用微信、淘宝、小红书等APP，并且可以用意念控制智能轮椅和智能家居，大幅提高了其日常生活的基本行动能力。
而在同年12月，脑虎科技与华山医院吴劲松教授团队及上海科技大学李远宁教授团队合作，针对汉语这一复杂语言进行了国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语言的临床试验，在世界上首次实现了汉语实时编解码。汉语因其独特的声调系统和图形化表达方式，使得其产生的信息转换涉及更多的脑区，解码难度远高于英语等字母语言。为此，研究团队专门开发了适合汉语特征的神经编解码机制和信息处理手段。结果显示，在术后七天内，受试者可以实现142个常用汉语音节71%的解码准确率，单音节解码时延小于100毫秒，首次同时实现了实时运动解码和实时汉语解码。
技术创新背后的多维挑战
脑机接口融合了心理学、材料科学、神经科学、计算机工程、医学、机器人等多个学科的知识和技术，得益于近年来不同领域的协同进步，脑机接口技术有了迅速的发展。神经科学的进步，使得科学家们能够更深入地理解大脑的构造和神经信号的工作机制。新型柔性电极、生物兼容材料以及微纳制造技术的出现，让传感器的安全性和可靠性得到了显著提升。同时，深度学习和机器学习技术的迅速发展，也为准确解析复杂的脑电信号提供了强有力的工具。
但总的来看，无论是中国还是美国，目前对脑机接口的研究还是处在一个比较“初级”的阶段，双方都有许多困难和挑战需要克服，这些既有技术层面的挑战，也有非技术性的挑战。
一个主要的技术难题是当前科学界对于大脑工作机制的理解还不够全面，这限制了我们准确解码大脑信号的能力。虽然已有实验展示了患者通过脑机接口设备实现打字、上网或控制机械臂等功能，但这些操作通常依赖于大脑发出的明确“刻意”的指令。而在日常生活中，人类的动作往往是自发而非刻意的，并且常常会同时进行多项任务，这对现有的脑机接口技术提出了更高的要求。如何更自然地捕捉和解释这种非刻意及多重任务处理时产生的脑部活动，已经成了下一阶段脑机接口技术需要攻克的难题。
除此之外，在非技术层面，中美两国也各自面临着许多挑战。
2022年，美国农业部调查了马斯克的Neuralink公司。为什么美国农业部要插手脑机接口技术的研究？因为农业部怀疑马斯克有虐待猴子的嫌疑，几只参与实验的猴子在手术后出现了死亡的情况。对此，马斯克的回应是，这些猴子本身就是患病的，已经快要死了，所以才被挑选出来进行实验的，但农业部仍然怀疑是马斯克的手术导致了猴子的死亡，违反了《动物福利法》。
2023年，美国交通部又调查了马斯克的Neuralink公司。为什么交通部要插手脑机接口技术的研究？因为他们交通部怀疑马斯克运输的猴子可能是抗生素耐药病原体。马斯克挑选用来做实验的猴子都是患病快要死的，交通部认为马斯克可能在未采取适当防护措施的情况下运输有病的猴子，可能存在公共健康风险。
虽然美国FDA对脑机接口技术有着完善的医疗器械审批和监管的通道，也有来自DAPRA、NIH的科研资金支持，使得高门槛的科研项目能获得长周期、可持续的研发投入，风险资本也更愿意承担风险，但也免不了受到一些技术层面之外的阻力。美国政府的监管权力分散在不同联邦机构、州政府部门甚至地方机构的手中，缺乏统一的跨部门协调机制，一旦遇到新技术或者跨学科领域，就很容易出现“多头执法”的现象。一旦多个部门都介入调查或审批，企业就不得不需要在不同的时间点、不同系统中提交相似或重复的文件与报告，拉长了流程周期，也增大了沟通成本。
相比之下，中国则采取了一种从市场需求出发，以规模化拓展推动前沿技术研发的发展路径。国内的研究团队通常更侧重于场景化落地，开发非侵入式脑机接口产品以积累市场经验与资金。结合元宇宙、VR/AR及脑健康的创新应用，并利用国内完善的电子产业链和巨大的消费级市场，实现快速迭代和降低成本，带动行业规模整体增长。但这也在一定程度上导致了市场上脑机接口产品“同质化”的问题，许多非侵入式脑机接口产品大多以“电子产品”、“健康管理设备”的身份进入市场，缺乏统一的的技术标准与行业审核门槛，产品良莠不齐，侵入式脑机接口所需的试点临床和审批机制仍在摸索当中，行业法规还有待进一步完善。
在脑机接口技术上，中美两国呈现出不同的发展路径，但这两者并不存在孰优孰劣的问题。因为，对于真正想要在脑机接口领域长期突破的国家或企业来说，最终两者都需要兼顾：既要有核心技术层面的创新来打牢根基，也需要找到合适的市场场景来实现可持续发展。
脑机接口技术正处在一个关键的发展节点上，它既承载着改善无数人生活质量的美好愿景，同时也面临着诸多亟待解决的问题。随着脑机接口技术的不断演进，其带来的挑战也在日益显现，这些挑战不仅限于技术层面，还涵盖了伦理、法律、社会接受度等多个维度。在这个复杂且多维的过程中，保持开放的心态显得尤为重要。我们需要鼓励大胆的科技创新，同时也不能忽视伦理道德的重要性。推动科研成果向实际应用转化固然重要，但倾听公众的声音、重视他们的反馈同样不可小觑。当所有利益相关方能够携手共进时，我们或许将能见证一场由脑机接口引发的深刻变革。
2024年12月，中国在脑机接口领域取得了一个里程碑式的进展。上海脑虎科技与复旦大学附属华山医院神经外科吴劲松教授团队合作，成功完成了国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语的临床试验，在世界上首次实现了脑机接口的汉语实时编解码。一位43岁语言区占位肿瘤癫痫患者经过手术，植入了一个由国内团队自主研发的256导高通量脑机接口电极。术后一周内，经过适当地培训，这名患者已经能够以71%的准确率解码142个常用的汉语音节，单字解码的时间延迟控制在100毫秒以内。在2025新年伊始，这名患者已经能在上海华山医院成功地用意念发送“2025新年快乐”的信息。
脑机接口技术不仅可以帮助那些失去语言、运动能力的人重获新生，更有望给人机交互形式带来难以估量的革命性变革，成为人类和AI之间的最佳交流方式。因此，以马斯克为代表的美国科技界人士对脑机接口倾注了极大热情，以典型的“高风险+高投入+长周期”美国科技创新模式追求极致的交互效果。中国相关企业却与之存在明显差异，呈现出鲜明的市场导向，从相对简单的非侵入式、半侵入式技术入手。可以说，在脑机接口的竞争中，中美企业又一次体现出了各自的传统风格，两者孰优孰劣，就有待时间检验了。
开启“交互革命”？
2016年，科技企业家埃隆·马斯克与另外八位联合创始人共同成立了专注于脑机接口技术研发的Neuralink公司。作为在全球科技界颇有影响力的企业家，马斯克的入局为“脑机接口”这一技术带来了泼天的流量和关注度，也让大量风险资本关注到了这一领域，行业内开始出现了大量投融资，一个新兴的产业生态系统开始逐渐成形，大量相关的创业公司也如雨后春笋般涌现，试图在这片蓝海中分得一杯羹。
但要严格说起来，“脑机接口”本身并不是新世纪的产物。
早在1973年，就已经有科学家正式提出了“脑机接口”的概念，并且已经做了许多关于大脑信号解读及应用的研究。用最简单的话来说， 脑机接口是一种“双向”的设备，它可以在大脑和外部设备之间建立通讯路径，通过读取大脑产生的电活动、磁活动或血液流动变化等信号，并把这些生物信号解码成可以被计算机或其他电子设备理解的电信号，从而实现对其他设备的控制。
通过解码大脑的生物信号，医生可以监测患者潜在的疾病，帮助瘫痪的患者控制假肢或轮椅，改善生活质量，让有运动障碍的人仅凭思维就可以完成打字、浏览网页等活动，或者结合VR、AR技术，创造出更沉浸的体验。
脑机接口并不仅限于输出功能，它还可以接收来自外部设备的状态更新或环境感知数据，并转换为适当的电刺激，作用于特定的大脑区域或周围神经系统，从而模拟触觉或运动感等感官体验，比如把外界的光信号、声信号转化成电信号，刺激相应的大脑皮层，帮助失明和失聪的病人重获视觉或听力。此外，脑机接口在改善认知能力和心理健康方面也展现了潜力，包括强化记忆力和注意力，以及管理情绪障碍，甚至成为对抗帕金森病、癫痫乃至抑郁症等神经精神疾病的有力工具。
这些是脑机接口技术最直观能为人类社会带来的便利，但还有的人对这门技术前景的想象更加“乐观”，比如马斯克。在马斯克等未来主义者看来，脑机接口将不仅是改善生活质量的手段，更是推动人类进化的重要工具，是开启下一代人机互动革命的关键。
随着机器人技术和人工智能的迅猛发展，我们已经创造了复杂且智能的机器，它们能够自我学习并完成各种任务。然而，人类与这些高级机器之间的交互界面却未能跟上步伐，成为限制生产力和科技进一步发展的瓶颈。
在工业时代，复杂的机械操作需要经过大量的培训才能掌握，比如飞机或高铁驾驶员、熟练工程师的培养，不仅耗时且成本高昂。到了信息时代，尽管我们所拥有的手机和电脑，性能已经越来越强大，但我们与这些设备的主要交互方式——鼠标、键盘、触摸屏以及语音输入——却并未发生根本性变革，这使得人机交互效率依旧低下。
即使是面对当下最新的大语言模型（LLM），我们也还是需要通过打字或语音输入，来构建有效的提示词（Prompt），告诉ChatGPT、豆包或者Kimi它们需要怎么做，这一过程同样需要大量的学习和实践，限制了效率的进一步提升。
在马斯克看来，当前科学技术的发展和落后交互方式之间的矛盾已经十分明显，成了阻碍人类社会效率进一步提升的关键问题。为了操纵更复杂的工具，人类需要接受培训的时间已经越来越长，以前高中毕业就能胜任的工作，现在本科毕业都不一定做得了，而这又反过来，阻碍了人类社会开发出更复杂的机械，以及更高级的人工智能。加速脑机接口技术的研发，或许是解决这一矛盾的关键。通过直接建立大脑与机器之间的连接，有可能打破传统输入方式的局限，促进更高效、更直接的人机交流，进而大幅提升工作效率，开启全新的工作和生活方式。
尽管脑机接口技术承载着许多未来主义者的构想，但现实却是，当前的脑机接口技术仍处于十分早期的阶段，并且在技术和伦理上面临着诸多挑战。
按照信息流动的方向，脑机接口可以分为将大脑信号发送出去以控制外部设备的输出式，以及接受外部信息并将其传入大脑的输入式。而根据植入方式的不同，脑机接口又可以分为侵入式、半侵入式和非侵入式三种。
侵入式脑机接口（Invasive BCI）通过手术，把传感器植入进大脑内部，从而获得最清晰的大脑信号。半侵入式脑机接口（Partially Invasive BCI）安置于头骨之下，但不进入大脑组织，在提供相对较好信号质量的同时，风险也较低。人工耳蜗就是一种应用十分广泛的半侵入式脑机接口，医生通过外科手术，把电极阵列植入患者的耳蜗里，代替受损的听觉结构工作。当声波被捕捉后，人工耳蜗会将其转化成电信号，刺激耳蜗神经，使大脑接收到听觉信息，最终使听力损失者重新获得聆听世界的能力。
非侵入式的脑机接口只需要戴在头上，使用起来最为安全，但接收到的信号强度不如前两者，非常依赖现今的算法来实现有效的信号解析。传统的非侵入式脑机接口设备都比较重，不适合长期佩戴，而且还需要在人的头皮上涂上导电胶，或是盐水溶液来进行信号耦合，不仅涂起来非常麻烦，用完了之后洗澡也很难洗掉。
一种传统的非侵入式脑机接口设备
无论侵入式还是非侵入式脑机接口的技术路线，它们最终要实现的目标是一样的，都是读取和解码大脑的信号，在两种路线上都有不少团队在进行研究。之所以会有区别，主要是读取大脑信号的效率不同。
一个完整的脑机接口系统中，通常包含了脑信号采集、信号预处理与解码分析、控制接口、外部设备与神经反馈（生物反馈）几个关键环节，脑信号的采集和分析是其中最重要的环节。大脑中的神经元放电通常以毫伏级甚至微伏级信号存在，不同脑区、不同类型的神经元的突触也有不同的放电模式，相互之间存在大量串扰和关联，想要“读”出这些微弱的信号，需要极高的灵敏度和抗干扰能力强的电极，对硬件工艺的要求极高。
把人的大脑比作会议室，侵入式脑机接口就好比是在会议室内部放了个窃听器，你可以很清楚地听到谁在说话，说了哪些内容，但被发现的“风险”也最大。半侵入式就好比是在窗户或墙上打了个孔偷听，被发现的风险变小了，但也能大概清楚里面的人在讨论什么话题。非侵入式就相当于在隔壁的房间里听，虽然被发现的风险最小，但除非会议室里的人在吵架或者讲话声特别大，否则很难听清楚具体在讲什么内容。
美国：硬核攻关、审慎落地
以马斯克Neuralink、Synchron为代表的欧美科技企业，在侵入式和半侵入式的技术路线上投入的资源最多。侵入式脑机接口虽然风险大，但并不存在什么“政策性”的困难，美国FDA对这一类技术有着比较清晰的审批路径，侵入式脑机接口也更容易获得临床试验资源，并且在硅谷和华尔街也不缺大型风投、政府和行业巨头的注资（比如马斯克的个人资金、顶级VC等）。而一旦在康复医疗、假肢控制等领域取得突破，就可以形成核心专利和临床标准，拥有极高的技术壁垒和市场价值，是美国科技界比较熟悉的“高风险+高投入+长周期”的发展模式。
2019年，Neuralink开始在动物上进行脑机接口设备的测试。2021年，Neuralink把一块芯片植入到了猴子的大脑里，并成功让猴子通过“意念”玩上了简单的电子游戏。侵入式脑机接口的缺点是伴随较高的医疗风险，所以在进行大规模的人体试验前，还需要先在猴子等灵长类动物的身上做试验，积累经验改进技术以证明其安全性。
Neuralink展示的猴子用脑机接口玩游戏的视频
但在猴子上进行试验存在局限性，因为猴子不会说话，无法清晰地表达自己的想法，即使脑机接口设备捕捉到了脑电波信号，团队也无法准确地定位这个信号对应的是什么功能，最终还是需要在人身上进行大规模的临床测试。为了降低风险，Neuralink研发了超薄的柔性电极，以减少对脑组织的损伤和手术后的炎症反应，这个“电极”其实是一条比头发丝还要细的线，肉眼很难分辨，需要在显微镜或高倍镜头下才能清晰地看到。而每个“丝线”上又布置了多个金属通道，从而实现高密度的数据采集或刺激。
Neuralink团队的“丝线”
这个电极本身是非常“脆弱”的，一般的医生很难完成这么高难度的植入手术。为了提高手术的效率，Neuralink又研发了一台高精度的植入手术机器人，利用显微外科技术在避开血管的同时，把电极精确植入到特定的脑区，达到相对微创的手术效果。在2023年，Neuralink获得了美国FDA的部分临床许可，被允许招募人类志愿者进行临床研究和测试。
Neuralink的手术机器人
而另一家美国企业Synchron走的则是半侵入式路线，通过把一个带有微电极的“支架”（Stent）经由血管导管送入脑血管运动皮层附近的静脉中，电极贴附于血管壁，以采集或刺激临近皮层的神经信号。相比于传统的开颅手术，使用这种血管内植入的方式创口更小，手术风险也相对更低，同时也能采集到比纯粹非侵入式更精细的信号。
Synchron的脑机接口“支架”
Synchron从2022年开始进入临床试验，让患者通过脑机接口控制iPhone、iPad等移动设备。2024年7月，Synchron宣布其脑机接口技术成功实现了与Apple Vision Pro头显设备的连接，让患者可以直接用意念操纵Vision Pro，10月份Synchron官宣了和苹果公司的合作，旨在帮助瘫痪患者重新获得对日常设备的控制能力。
美国在侵入式脑机接口上投入更早，Neuralink、Blackock Neurotech、Synchron等公司都深耕大脑皮层或血管内植入技术，以获得更高精度、更高带宽的神经信号，同时凭借着美国自身在芯片设计制造、材料科学和电子工程领域的技术积累，开发出了许多高集成度、低功耗的芯片，在一些核心零部件上具有优势。
举个例子，Neuralink在去年进行的临床试验中，使用的脑机接口设备包含了1024个电极。而在同年5月，Neuralink的另一家竞争对手Precision Neuroscience宣布其采用不同的技术路径，成功在人脑上放置了4096个电极，并且打破了去年2048个电极的最高纪录。对于脑机接口技术来说，更多的电极数量通常意味着更高的“分辨率”，能记录或刺激更多的神经元群体，从而带来解码精度或复杂性的提升。这些更高效、更精密的核心零部件设备，也是美国脑机接口相关科技企业的核心竞争力所在。
中国：规模化拓展、尝试前沿
在马斯克创立Neuralink之前，国内外就已经有许多与脑机接口相关的科技企业和研究团队了。和美国相比，中国团队更多是以更安全的非侵入式路线为主，并且会更加注重将脑机接口技术与健康管理、教育训练等实际的应用场景相结合。
成立于2015年的BrainCo强脑科技是这一领域的佼佼者之一，创始人韩璧丞是哈佛大学脑科学中心博士。强脑科技曾经面向TO C和TO B市场，推出过头戴式舒压系统和智能安睡仪，用来帮助使用者进行正念冥想练习，达到放松身心的效果，监测睡眠状态以改善睡眠质量。
不过BrainCo也曾面临公众对其技术伦理的质疑，在2019年的时候，浙江金华一所学校使用了公司的“智能头环”来监控学生上课时的注意力集中情况，此举引发了广泛的隐私侵犯担忧。尽管脑电波监测作为评估注意力的一种手段具备科学依据，但这个事件也凸显了脑机接口技术在发展过程中必须解决的重要问题——如何平衡技术创新与保护个人隐私之间的关系。在舆论压力下，这个项目最终被叫停。利用脑电波来评估注意力集中程度确实有其科学基础，但如何平衡技术创新与个人隐私保护之间的关系，也是整个脑机接口产业必须直面的一个伦理挑战。
强脑科技的智能仿生手能检测佩戴者的神经电和肌肉电信号，识别运动意图，并将其转化为实际动作
侵入式和非侵入式的路线总的来说并没有高下之分。和侵入式的脑机接口相比，非侵入式虽然获取到的大脑信号质量更差，但胜在能获取到的样本数量更多。从目前阶段来看，侵入式脑机接口需要做手术，能拿到的患者样本太少，并且大部分的患者都是有相应疾病的人，从这些患者身上获取到的数据，并不一定在健康的人身上也适用。而非侵入式脑机接口可以做更广泛的大样本实验，从上百、上千甚至上万个正常人身上读取脑电波数据，虽然获取到的信号质量不高，但如果样本量够多，结合当下的深度学习、机器学习等前沿技术，未必就不能“大力出奇迹”，实现有效的应用开发。
但正如浙江金华叫停课堂上的“注意力头环”一样，想要获取大量的脑电波数据推进相关技术的研发，也会面临和隐私有关的争议。和许多创业公司一样，不少和脑机接口相关的企业，都在努力让这一技术找到具体的应用场景，但“拿着锤子找钉子”并不是一条容易走的路。
从技术原理上说，脑电图是评估睡眠分期的黄金标准之一，戴在头上的脑电波头环可以直接检测和睡眠相关的活动，捕捉不同睡眠阶段特有的脑电模式，从而提供更为精确的睡眠结构分析，其准确率能达到智能手环设备的一倍以上，但又有多少消费者愿意为了这更高的准确率，而买一个智能头环呢？在电商平台上，相关的智能头环价格基本都在一千以上，并不算便宜。想要让这些前沿技术商业化落地，或许还需要找到更多能吸引消费者的“实用场景”。
虽然中国科研团队在过去更多走的是非侵入式脑机接口的技术路线，但在近年来，也有不少机构和团队在加大对侵入式、半侵入式脑机接口技术路线的研发力度，在国家层面也出台了相应的规范性文件。2024年1月，工信部等七个部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将脑机接口列为未来产业中的创新产品，要求制定专项政策文件，形成完备的未来产业政策体系。2月份科技部发布《脑机接口研究伦理指引》与《人—非人动物嵌合体研究伦理指引》，为脑机接口研究提供规范性政策文件和法规的指引。随着相关技术和科研基础设施的逐渐成熟，中国在侵入式和非侵入式的路线上也取得了不少进展，虽然整体水平与Neuralink、Synchron等美国科技企业相比稍逊一些，但在某些特定应用场景下，也已经能展现出比较良好的效果。
据公开报道，2024年Neuralink完成了两次人体脑机接口芯片植入手术，首例患者患者诺兰·阿博（Noland Arbaugh）在接受手术一个月后，可以通过意念控制电脑鼠标，玩在线游戏、下国际象棋，并在社交平台上发帖互动。但随后出现了问题，部分电极线脱落，导致有效电极数量减少，导致数据丢失并影响了传输效率，Neuralink通过修改算法，提高了对神经信号的敏感度，改善了信息解码技术，恢复了设备的部分功能。
Neuralink宣布完成首例脑机接口人体植入手术
第二例患者阿利克斯（Alex）在接受手术后，已经可以使用意念操作CAD软件，并且玩诸如《反恐精英2》等电子游戏。Neuralink通过优化手术流程，减少手术期间的大脑运动、减少植入物和大脑表面间的间隙、增加植入深度，避免了上一例部分电极线脱落问题的发生。
而差不多是与Neuralink同一时期，国内也进行了多次脑机接口的临床试验。2023年10月，清华大学与首都医科大学宣武医院合作，进行了全球首例无线微创脑机接口临床试验，帮助帮助了一位瘫痪长达14年的患者恢复执行简单动作的能力。最近的一次是在2024年11月，由清华大学生物医学工程系教授洪波带领的团队与复旦大学附属华山医院携手合作，将一个类似硬币大小的体内机精确地植入患者颅骨外表面，并成功采集到了来自大脑感觉运动区域的神经信号。这位38岁的患者因为一场车祸导致瘫痪已有四年之久。术后第三天，他便能够在辅助条件下离开病床并坐上轮椅；一个月后，这名患者更是能够通过自己的意念控制手臂，完成诸如拿起杯子喝水这样简单的动作。
患者通过脑机接口控制外骨骼喝水
中国团队采取的无线微创植入脑机接口NEO系统由博瑞康研发，属于“半侵入式”的技术路线，把电极放置在大脑硬膜外层，不像Neuralink的侵入式脑机接口那样需要将电极植入脑组织，降低了手术和术后并发症的风险。而无线的设计也减少了对体外设备的依赖，提高了患者的舒适度和日常生活的便利性。
而在侵入式脑机接口的技术路线上，近期也有国内团队取得了进展。
2024年8月，脑虎科技联合华山医院神经外科毛颖、陈亮教授团队顺利完成意念合成运动临床试验，实现了高精度实时运动解码，帮助一位21岁病灶在大脑运动区附近的癫痫患者实现了用意念“脑控”玩乒乓球、贪吃蛇等游戏，使用微信、淘宝、小红书等APP，并且可以用意念控制智能轮椅和智能家居，大幅提高了其日常生活的基本行动能力。
而在同年12月，脑虎科技与华山医院吴劲松教授团队及上海科技大学李远宁教授团队合作，针对汉语这一复杂语言进行了国内首例高通量植入式柔性脑机接口实时合成汉语言的临床试验，在世界上首次实现了汉语实时编解码。汉语因其独特的声调系统和图形化表达方式，使得其产生的信息转换涉及更多的脑区，解码难度远高于英语等字母语言。为此，研究团队专门开发了适合汉语特征的神经编解码机制和信息处理手段。结果显示，在术后七天内，受试者可以实现142个常用汉语音节71%的解码准确率，单音节解码时延小于100毫秒，首次同时实现了实时运动解码和实时汉语解码。
技术创新背后的多维挑战
脑机接口融合了心理学、材料科学、神经科学、计算机工程、医学、机器人等多个学科的知识和技术，得益于近年来不同领域的协同进步，脑机接口技术有了迅速的发展。神经科学的进步，使得科学家们能够更深入地理解大脑的构造和神经信号的工作机制。新型柔性电极、生物兼容材料以及微纳制造技术的出现，让传感器的安全性和可靠性得到了显著提升。同时，深度学习和机器学习技术的迅速发展，也为准确解析复杂的脑电信号提供了强有力的工具。
但总的来看，无论是中国还是美国，目前对脑机接口的研究还是处在一个比较“初级”的阶段，双方都有许多困难和挑战需要克服，这些既有技术层面的挑战，也有非技术性的挑战。
一个主要的技术难题是当前科学界对于大脑工作机制的理解还不够全面，这限制了我们准确解码大脑信号的能力。虽然已有实验展示了患者通过脑机接口设备实现打字、上网或控制机械臂等功能，但这些操作通常依赖于大脑发出的明确“刻意”的指令。而在日常生活中，人类的动作往往是自发而非刻意的，并且常常会同时进行多项任务，这对现有的脑机接口技术提出了更高的要求。如何更自然地捕捉和解释这种非刻意及多重任务处理时产生的脑部活动，已经成了下一阶段脑机接口技术需要攻克的难题。
除此之外，在非技术层面，中美两国也各自面临着许多挑战。
2022年，美国农业部调查了马斯克的Neuralink公司。为什么美国农业部要插手脑机接口技术的研究？因为农业部怀疑马斯克有虐待猴子的嫌疑，几只参与实验的猴子在手术后出现了死亡的情况。对此，马斯克的回应是，这些猴子本身就是患病的，已经快要死了，所以才被挑选出来进行实验的，但农业部仍然怀疑是马斯克的手术导致了猴子的死亡，违反了《动物福利法》。
2023年，美国交通部又调查了马斯克的Neuralink公司。为什么交通部要插手脑机接口技术的研究？因为他们交通部怀疑马斯克运输的猴子可能是抗生素耐药病原体。马斯克挑选用来做实验的猴子都是患病快要死的，交通部认为马斯克可能在未采取适当防护措施的情况下运输有病的猴子，可能存在公共健康风险。
虽然美国FDA对脑机接口技术有着完善的医疗器械审批和监管的通道，也有来自DAPRA、NIH的科研资金支持，使得高门槛的科研项目能获得长周期、可持续的研发投入，风险资本也更愿意承担风险，但也免不了受到一些技术层面之外的阻力。美国政府的监管权力分散在不同联邦机构、州政府部门甚至地方机构的手中，缺乏统一的跨部门协调机制，一旦遇到新技术或者跨学科领域，就很容易出现“多头执法”的现象。一旦多个部门都介入调查或审批，企业就不得不需要在不同的时间点、不同系统中提交相似或重复的文件与报告，拉长了流程周期，也增大了沟通成本。
相比之下，中国则采取了一种从市场需求出发，以规模化拓展推动前沿技术研发的发展路径。国内的研究团队通常更侧重于场景化落地，开发非侵入式脑机接口产品以积累市场经验与资金。结合元宇宙、VR/AR及脑健康的创新应用，并利用国内完善的电子产业链和巨大的消费级市场，实现快速迭代和降低成本，带动行业规模整体增长。但这也在一定程度上导致了市场上脑机接口产品“同质化”的问题，许多非侵入式脑机接口产品大多以“电子产品”、“健康管理设备”的身份进入市场，缺乏统一的的技术标准与行业审核门槛，产品良莠不齐，侵入式脑机接口所需的试点临床和审批机制仍在摸索当中，行业法规还有待进一步完善。
在脑机接口技术上，中美两国呈现出不同的发展路径，但这两者并不存在孰优孰劣的问题。因为，对于真正想要在脑机接口领域长期突破的国家或企业来说，最终两者都需要兼顾：既要有核心技术层面的创新来打牢根基，也需要找到合适的市场场景来实现可持续发展。
脑机接口技术正处在一个关键的发展节点上，它既承载着改善无数人生活质量的美好愿景，同时也面临着诸多亟待解决的问题。随着脑机接口技术的不断演进，其带来的挑战也在日益显现，这些挑战不仅限于技术层面，还涵盖了伦理、法律、社会接受度等多个维度。在这个复杂且多维的过程中，保持开放的心态显得尤为重要。我们需要鼓励大胆的科技创新，同时也不能忽视伦理道德的重要性。推动科研成果向实际应用转化固然重要，但倾听公众的声音、重视他们的反馈同样不可小觑。当所有利益相关方能够携手共进时，我们或许将能见证一场由脑机接口引发的深刻变革。