全球首例,植入式脑机接口迈入高级皮层区

脑机新声 2026-04-15 07:37

近日,科罗拉多大学健康系统(UCHealth)联合加州理工学院等机构完成了全球首例将脑机接口(BCI)植入大脑“更高层级”皮层的手术。此次临床进展的核心不在于通道数量的单纯增加,而在于植入靶点的解剖学转移,标志着侵入式运动类BCI技术路线正在发生实质性的范式转换。

全球首例,植入式脑机接口迈入高级皮层区图2

*布兰登·帕特森正在接受一项脑机接口测试,该接口可以帮助他在一次严重车祸导致脊柱受伤后恢复一些功能。

在评估此次突破的产业价值之前,有必要先审视当前BCI行业的标准靶点选择。目前,主流脑机接口厂商和经典临床试验几乎无一例外地将“初级运动皮层”(M1区)作为首选植入位置。

例如,Neuralink的N1植入体靶向的是M1区中控制手部运动的“手结区”(Hand Knob);Synchron通过颈静脉递送的Stentrode血管内支架,最终也是停留在紧邻运动皮层的上矢状窦内;而采用犹他阵列的经典BrainGate脑机接口系统,其核心采集点同样位于M1区。

这种行业共识有着清晰的工程学逻辑:M1区处于运动神经传导的下游终端,该区域神经元的放电活动与具体的肌肉收缩、关节运动学参数(如速度、方向)具有较强的线性相关性。在过去电极技术和后端算力受限的产业早期,提取这种直接的“执行指令”在工程实现上最具确定性,也相对容易通过线性算法进行解码。

全球首例,植入式脑机接口迈入高级皮层区图3

然而,M1区作为神经指令的执行终端,在长期的临床应用中暴露出固有的局限性。对于因脊髓损伤或肌萎缩侧索硬化症(ALS)导致长期瘫痪的患者,其M1区长期缺乏外周真实运动的反馈,底层神经表征容易随时间发生退化或重组。这不仅会导致系统提取的有效信号随时间衰减,更会影响患者的交互体验。在控制外部设备时,患者往往需要刻意在脑海中分解具体的肌肉动作,整个控制过程缺乏自然流畅度,具有较高的认知负荷。

科罗拉多团队此次手术的重大改变,在于将植入位置从执行终端逆流而上,推进至负责更高层级大脑活动的区域,如顶后皮层或运动前区等高级联合皮层。这是一次从解析“执行指令”到解析“抽象意图”的跨越。高级功能区不负责调度具体的肌肉纤维,而是负责意图的产生、多感觉整合与空间运动规划。

这意味着系统不再试图读取“收缩某块肌肉”的指令,而是直接捕获高维度的抽象目标。正如报道中患者所体验的,他不需要模拟肌肉发力,只需自然地产生“伸手抓取目标物”的顶层意图,即可实现对外部设备的高效驱动。这种靶点上移在临床上直接绕过了M1区退化带来的信号读取障碍,大幅提升了人机交互的直觉性。

靶点的解剖学转移对BCI产业链上下游提出了更严苛的技术要求,反映了前端高通量电极系统与后端高阶解码算法共同迭代的必然结果。高级皮层的单神经元放电信号不再呈现简单的线性特征,而是高度复杂、高维且非线性的。

在硬件端,这要求具备更高信噪比、更低组织排异反应的电极材料与封装工艺,以确保在高层级皮层网络中长期稳定地获取微弱的高频Spike信号;在算法端,传统的线性解码器已无法胜任,系统必须依赖更复杂的机器学习模型与神经网络架构,才能从海量噪声中精准剥离并重构出纯粹的运动意图。

更为深远的是,此次植入位置的改变是BCI技术应用边界拓展的前置条件。当底层系统被证明能够稳定解析皮层高级功能区的数据时,BCI的干预范围将具备从单一的“运动与感觉替代”向“认知与情绪调控”延伸的底层数据基础。这将为未来针对抑郁症、痴呆症等神经精神类疾病的闭环神经调控提供核心的可行性验证。行业技术路线正在从单纯的通道堆叠,转向对更上游神经信息的高效解析,相关硬件供应商与算法研发企业需重新评估高级皮层信号采集带来的技术指标变化。

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