2026年下半年，脑机接口（Brain Computer Interface, BCI）的路线的三场景叙事，已经深入人心，这分别是侵入式、半侵入式和非侵入式。
其中，超声脑机接口(Ultrasound BCI, US BCI)，通过可以穿过颅骨、到达大脑深处的超声波，成为非侵入读脑+大脑调控的唯一叙事，也成为脑机接口产业链极具竞争力的一环。
本文系统总结了科学家探究超声和大脑的交互过程，整理了超声脑机接口的技术路线，并分析了现在超声脑机接口科研和企业的发展现状。
01
脑机接口，“读写”不用只能靠开颅
脑机接口最性感的叙事，是高精度解码人类意识，并和机器闭环交互：像高位截瘫患者用意念打字、机械臂端杯咖啡。
但传统电学路线有个绕不开的代价：要读微秒级神经元放电，就得把电极扎进灰质；要调深脑核团，就得钻颅植电极。手术风险、胶质瘢痕、长期稳定性，像三座大山压在脑机接口的进一步应用上——正常人都不想在颅骨上开个洞。
超声脑机接口的思路从这里拐弯：既然声波是机械波，能穿软组织、能聚焦、能被颅骨折射后反向补偿，那能不能不开颅，隔着骨头在脑内捏出一个毫米级焦点，既“写”神经活动，又“读”血流密语？——这意味着同时具有高空间分辨率以及靶向深部脑回路的能力。
这里要划个重点，它与经颅磁刺激和经颅直流电刺激等电磁技术不同；聚焦超声（tFUS）的卖点是无创 + 深脑 + 毫米级焦域 + 可多靶点，利用机械压力波以毫米级精度调节浅表皮层及深部皮层下结构，理论上能服务从慢性疼痛、抑郁到卒中康复、甚至高级意图解码的一整片谱系。
02
超声与大脑的初次相遇：
从 Fry 兄弟的“神经手术刀”到被遗忘的半个世纪
故事得从声学刚摸进神经系统的年代讲起。
1927 年，Wood 与 Loomis 已系统报告高强度超声波的物理与生物学效应[1]；到 1929 年前后，更有研究者偶然报告高强度超声波能扰动神经功能，但没人当回事。真正的“官方登台”在 1950 年代：美国 Fry 兄弟（William J. Fry 与 Francis J. Fry）系统证明，高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound, HIFU）可以在动物中枢神经里造成空间局限的功能抑制或组织损毁，且不伤周围脑组织。这大概是人类第一次用“声音”当无形手术刀[2]。
但此后半个世纪，超声在脑里的主要人设是“破坏者”——用它热消融脑肿瘤、震颤灶。低强度下“不烧细胞、只调神经”的潜质，被 fMRI 和光遗传学的光芒盖住，在主流神经科学门外晾了五十年。
03
Tyler 和Tanter:超声无创写入和读取大脑的奠基
2008,Tyler等人在 PLOS ONE 报道低强度超声可诱导小鼠海马脑片的神经活动，并提出超声作用于【电压门控钠/钙通道】的可能机制[3],2010年，同一团队在 首次在活体小动物中证明经颅脉冲超声可刺激完整脑回路，并在《Neuron》发文[4]。他们使用低强度聚焦超声（low-intensity focused ultrasound, LIFU）刺激小鼠海马和皮层，能可逆地诱发神经元放电，不造成热损伤。这一步范式转换极关键——超声从“爆破工程师”变成“调音师”，现代超声神经调控（UNM）的底座就此浇下。
图1.A.活体小鼠经颅低强度聚焦超声;B.低强度聚焦超声刺激前后的鼠脑显微图像[4]
同年段另一头，法国物理学家 Mickael Tanter 团队在 2011 年于Nature Methods提出功能性超声成像（functional Ultrasound, fUS）[5]：用超高频超快超声扫微血管血流，以百微米级空间分辨率、毫秒级帧率间接读神经活动。读用 fUS、写用 tFUS，一束声波把“看脑”和“调脑”拧成同一条物理线索。
图2. 鼠脑fUS的原理。（a）实验设计，小鼠头骨进行了颅窗植入；（b）fUS流程，使用17个平面波进行复合，成像范围是2cmx2cm；（c）鼠脑信号的时域幅值，使用高通滤波提取鼠脑信号；（d）鼠脑信号的频谱、鼠脑的图像；彩色图像是通过提取频谱的中心频率（与血液在z方向的速度有关）和幅值（灰度图的功率多浦勒图像）[5]。
04
聚焦超声第一次在人脑里“调音”
颅骨是声波传播的最大障碍。动物数据再漂亮，过不了人脑颅骨这道声学迷宫都是白搭。2014 年，Wynn Legon等人在人类志愿者身上证明：经颅聚焦超声打到体感皮层，能显著改变触觉感知阈值，同步 EEG 可见对应频带变化。这是 tFUS 第一次在人体确认“隔着骨头、精准调皮层”成立（发表于《Nature Neuroscience》）。[6]
图 3. tFUS 可以靶向定位人类皮层空间上离散的区域。(a, b) 自上而下 (a) 和冠状切面图 (b) 显示了从脑电图（EEG）位点 CP3 投射到源自全头结构磁共振图像的逼真大脑有限元模型（FEM）中的 tFUS 波束声强场。tFUS 声场的投射展示了参照初级运动皮层（M1）和中央沟（CS）对初级体感皮层（S1）的靶向定位。(c) 冠状磁共振切片显示了从 EEG 电极位点 CP3 测得的 tFUS 场的投射，进一步说明了 0.5-MHz tFUS 在中央后回（S1）顶部和中央沟后壁的的空间特异性。沿波束的前后轴显示冠状切片，分别对应波束中心（上）和波束中心后方 2.0 mm 处（下），以显示声强随 tFUS 波束宽度的衰减情况。[6]
05
从“打一束”到“画一封”：Caltech 的猴眼与 USC 的人意
光会刺激还不够，真正做到BCI， 要的是解码意图，闭环调控。
2021 年，Caltech 的 Mikhail Shapiro / Richard Andersen 组在《Neuron》用超声成像盯非人灵长类后顶叶，提前预测猴子眼动与伸臂方向——证明超声信号能“读”到运动规划[7]。2023 年同一脉络走通闭环（论文见刊于 2024 年《Nature Neuroscience》）：猴子只“想”动作、不动手，超声解码 + 刺激回路就能把光标推着走。[8]
图4.解剖记录平面与行为任务。a.成像设置： 猴子 P 和 L 的冠状面 fUS 成像。fUS 视场叠加在 MRI 上。记录室垂直置于去骨瓣（黑框）上方，换能器定位以获取一致冠状面（红线）。血管图为平均功率多普勒图像。白字标注脑区，箭头指脑沟。缩写：D(背), V(腹), L(左), R(右), A(前), P(后), ls(外侧沟), ips(顶内沟), cis(扣带沟)。b. 记忆引导眼跳任务： 注视/记忆期抖动 ±1000 ms，保持期 ±500 ms。外周线索为 2 或 8 个目标位置之一。红方块为猴眼位置（猴不可见）。NHP：非人灵长类（猴）。c. fUS-BMI 算法： 实时 2-Hz 功能图像传入线性解码器控制任务。解码器用记忆期最后 3 帧 fUS 图像预测。预测正确则数据加入训练集，并在每次成功试验后重训练。训练集来自当前或过往会话。d. 多解码器算法： 预测 8 个运动方向时，分别预测垂直（蓝）和水平（红）分量，再合并为最终 fUS-BMI 预测（紫）。e. 记忆引导 BMI 任务： 同 b，但运动期由 fUS-BMI 脑活动控制而非眼动。100 次成功眼动试验后进入闭环控制。闭环模式下，猴需注视中心点直至获赏。红方块为猴眼位置（不可见），绿方块为 BMI 光标（可见）。
2024 年，南加州大学与 Caltech 联合组在《Science Translational Medicine》迈出成人解码关键一步：利用一位颅骨术后留有“声学窗”（聚合物骨替代）的患者，从超声血流信号里解出其移动操纵杆的方向与想象意图。这是超声 BCI 第一次在成年人类身上展示“读意图”，虽依赖临时声窗，但把“无创全脑读”从猴脑拉到人身边[9]。
图 5. PMMA 颅骨植入物可在弹吉他期间实现脑活动的 fUSI 检测。(A) 显示成像平面血管解剖结构的功率多普勒图像。比例尺，1 cm。(B) 参与者在 fUSI 记录期间弹吉他的照片。(C) 弹吉他任务中活动的 T 分数统计参数图，阈值为 P校正 < 10⁻¹⁰。彩色框 1 至 3 显示了 (D) 中使用的感兴趣区域（ROIs）。(D) 弹吉他任务期间，来自感兴趣区域（ROIs）的平均缩放 fUSI 信号的百分比变化。白色区域为静息区块；灰色区域为任务区块。[9]
2026 年，上海交通大学团队联合法国 Mickaël Tanter 团队在 Nature Biomedical Engineering 在线发表研究论文，首次将超声定位显微镜（ULM）应用于 ICU 床旁脑微循环评估。该研究在临床超声系统上实现了约 139 μm 的空间分辨率，揭示了严重程度依赖性的脑血管重塑模式。研究发现，ULM 衍生的复合指标与有创颅内压呈负相关，且微血管灌注效率系数能有效预测患者 6 个月的临床预后分层，为微循环导向的神经重症监护提供了全新平台 [10]。
图6.TBI（创伤性脑损伤）患者脑微循环的 ULM 成像。a，ICU 中 TBI患者床旁 ULM 成像及造影剂输送装置的示意图。b，使用标准解剖标志，在去骨瓣窗上方标准化放置超声成像平面。c，标准化扫描平面的示意图，显示侧脑室、第三脑室和基底节。d，具有代表性的超分辨率轨迹密度图。e，具有代表性的脑血流方向和速度图。f，d 中框选区域的放大视图，显示微血管结构。g，f 中标记为 (i) 和 (ii) 的两对血管的横截面轮廓。点表示归一化的微泡信号强度，虚线表示高斯拟合。[10]
06
超声脑机接口的误区
看到这儿，很多人会冒出朴素想象：一个阵元就是一个光斑，相控阵越多焦点越细，将来万阵元头盔一戴，不就能在脑里雕任意图形？这个想象很诱人，但基本是错的。过去十五年超声 BCI 最大的认知升级，恰恰是我们终于不再把大脑当均匀介质，而是把它当成有颅骨畸变、有血流滞后、有状态依赖、还会被声场捏出非线性响应的活体声腔。
说人话，三件反直觉事：
反直觉之一：焦点不是像素，颅骨是声学迷宫。 每人颅骨厚薄、曲度、孔隙各异，超声进去会被折射、散射、衰减，焦域偏移常达数毫米甚至厘米级。所以导航靶向无创调控的命根子不是换能器多贵，而是 CT/MRI 重建声速场 + 相位补偿算法。国内复通汇智用 3D 打印个性化立体定向头盔 + 自研声补偿，把焦点偏移压到 1 mm 内、跑过 57 例临床验证，是这个逻辑的工程兑现。
反直觉之二：超声“写”是调控，而不是单一刺激/抑制。 同样参数，对清醒/疲劳脑态、对 V1/ACC/DLPFC 不同核团，效应可能兴奋也可能抑制。上海交大孙俊峰教授组通过同步神经影像反馈已验证：开环 tFUS 参数不可直接平移到人。这催生了无创双向闭环调控——先“听”EEG/fUS/导航反馈，再决定何时打、打多大、打哪阵元。
反直觉之三：读脑靠血流，不靠神经元放电。 fUS 读的是红细胞移动的信号，反映的是血流速度，这种血流速度通过神经-血管耦合，可以反应大脑神经活动；时间分辨率毫秒级、空间百微米级，夹在 fMRI（全脑但慢）和电极（快但范围窄）中间。它天生适合读“分布式子网络”，不适合读单神经元尖峰。所以超声 BCI 的意图解码，走的是“多脑区血流模式→AI 表征→行为/刺激指令”，不是电学 BCI 的尖峰排序逻辑。
07
2026：经颅声场、血流解码、超声作用大脑的底层机制齐头迸发，
超声 BCI 进入“读—写一体”的临界年
2026 年不仅是超声 BCI 的“爆发年”，也是把四条暗线拧成一股的年份：经颅声场反向求解、fUS 血流解码，同时被论文推到可工程化门口。
第一，经颅声场不再靠“慢仿真”，毫秒级预测进实验室。 天津大学/脑机海河实验室在 Engineering Applications of Artificial Intelligence 发 tFUSNet：用对抗式深度学习替掉 k-Wave 三维声场求解，基于 61 例真实人类颅骨仿真 + 离体颅骨实测，把颅内聚焦预测从 96.65 秒压到 28.30 毫秒，焦点误差随颅骨异质性可控。这意味着“戴头盔前先算一遍个人声速场”从离线配准变成实时跟帧——导航靶向无创调控的工程地基第一次够硬[11]。
第二，fUS 解码从读取猴脑的方向信号走成人脑闭环读端。 郑海荣/邱维宝团队系统综述 fUS-BCI[12]：微血管 CBV 信号经神经血管耦合间接读神经活动，空间百微米、帧率毫秒级，已在非人灵长类稳定解码运动方向，2026 年重点转向“实时 3D/4D 成像 + 在线自适应解码”。
第三，分子机制锚定，声遗传（sonogenetics）从概念落进 TRPC 复合体。Seung-Schik Yoo、C.等补完了机制拼图：超声既可兴奋也可抑制神经，取决于参数与靶区状态[13]；2019 年 Lee 组还发现超声可通过星形胶质细胞 TRPA1 通道间接作用——说明“声→神经”不是单一开关，而是机械力、声辐射力、稳态空化、离子通道多重奏[14]。郑海荣院士 + 浙大李相尧组 Nature Communications（2026.6）锁定小鼠压后皮层 RSC：tFUS 镇痛效应由 TRPC4/TRPC5 异源复合体介导钙内流、Egr1 上调、持续放电抑制实现；敲低 TRPC4/5 超声镇痛消失[15]。这与 2019 Lee 组 TRPA1 星形胶质细胞机制互补，给半侵入超声解码的“声基因增强神经元敏感性”提供了分子抓手。
08
超声BCI未来的发展蓝图
2025年发表于 Frontiers in Robotics and AI 的综述中，Tyler 系统地将 tFUS、fUS、SMG（超声肌动描记）与空中触觉整合为一套完整的双向 uBCI 架构——不是零散技术的堆砌，而是以"感知—分析—调节"闭环为骨架的认知增强系统。其核心逻辑是：用 tFUS 向深脑靶点"写入"调控信号（如 dACC 提升警觉、rIFG 缩短反应抑制），同时用 fUS 解码脑血流、SMG 读取肌肉形变作为"读"端，空中触觉提供非接触式外周反馈，三者合流构成信息双向流动。优化的认知变量直指自动驾驶接管、远程机器人操作与多智能体监管中的真实瓶颈——注意力衰减、信任校准、认知疲劳与运动执行精度。这篇综述把此前分散在神经机制、硬件工程与应用验证中的工作拧成一条线：超声不再只是"另一种非侵入性刺激"，而是同时具备毫米级深脑写入能力与介观血流/肌肉读取能力的唯一物理模态，由此定义了下一代人机认知接口的完整技术范式[17]。
09
产业赛道：多条路线齐头并进
进入 2020 年代后半，超声 BCI 从声学室拐进产业街，分出几条并行线：
美国无创全脑派：Sam Altman 联合创 Merge Labs（原 Forest Neurotech 衍生），2025 完成 2.52 亿美元种子、估值 8.5 亿，主推非植入全脑读写；Coinbase 系 Fred Ehrsam 创 Nudge，1 亿美元 A 轮，押注闭环超声神经调控。
以色列 HIFU 龙头分叉：Insightec 分拆 Lotus Neuro，把 MRI 引导聚焦超声从震颤消融转向低频神经调控 + 药物递送。
中国超声BCI的多元发展：
格式塔（Gestala） 2026.1 彭雷 + 陈天桥创立，成都/上海双总部，先打慢性疼痛（ACC 调控文献提示镇痛半衰期 1–2 周），顺推抑郁/卒中/AD，喊“大脑 Foundation Model”。
华超神控 BCI-Sonics 经纬领投亿元级，对标海外 OpenAI 投资的 Merge Labs 超声脑机技术路线；LIFU + AI 声场校正 + 超声血流解码“全脑读写”，做到1.5mm聚焦精度。
复通汇智 tFUS-Mind 闭环系统、3D 打印头盔已拿二类证与医保编码，2026 上半年数百万营收，主机走创新器械绿色通道，并于2026年拿到数千万天使轮。
脑伽科技（孙俊峰） 2015 动物→2021 国人脑→2023 临床，基础无创声调控→无创双向闭环调控全走完，推进半侵入超声解码，并定义了超声脑机接口从L1到L5的技术路线。
思昇科技 2026 连获两轮数千万融资，非侵入 + 半侵入超声 BCI 双布局；
空山慈（云启 Pre-A）无创神经调控 + BCI 叙事，偏精神疾病。
10
为什么说它是脑机接口的“无创珠峰”
超声 BCI 难，是因为它一口气踩中无创路线最难的几个坑：
1.颅骨声学畸变：不解决 CT/MRI 声速场反演，焦域就是玄学。
2.量效无共识：国际近百篇人脑研究参数五花八门，同参数跨人复现率低，无创双向闭环调控靠实时反馈兜底。
3.读是间接量：fUS 读血流不读尖峰，解码上限受血流-神经耦合延迟绑死。
4.写是网络响应：超声的聚焦调控是毫米级别的，调的是胶质 + 神经元 + 血管三位一体，不是“电极-细胞”点对点。
5.长期焦点稳定性：头皮压迫、颅骨微动、换能器老化都会让焦域漂，需定期重标定。
6.半侵入微型化：半侵入超声芯片要兼顾功耗、散热、声窗、生物相容，比电极片难一个量级。
11
所以，到底能不能“全脑读写”
如果“全脑读写”指的是像侵入式电极那样微秒级尖峰收放、任意核团独立驱动，那超声现阶段做不到，未来半侵入超声解码阶段也只是逼近而非等同电学时间精度。
但如果“全脑读写”指的是：无创穿过颅骨，毫米级焦点调多个深脑核团，用 fUS 读分布式子网络血流模式解码运动/疼痛/情绪意图，闭环反馈个体化参数，在慢性疼痛、抑郁、PD、卒中康复上给出可量化临床终点——那答案是：这条路已被科学家和创新企业一次次真实推进，正站在无创双向闭环调控 → 半侵入超声解码的临界点上。
真正的瓶颈，从来不只是阵元数量，而是我们对“颅骨-声场-血流-神经环路”四维耦合的理解深度。谁能把声速场反演、状态依赖闭环、fUS 血流解码、半侵入超声芯片、声基因增强和长期焦点稳定性，整合进同一台头盔，谁就更接近那把钥匙。
从 Fry 兄弟 1950 的一束损毁超声，到 Tyler 2010 的小鼠海马放电；从 Legon 2014 人触皮层阈值漂移，到 Caltech 猴眼转动被超声读出来；从声窗下人脑意图解码，到 2026 年 Merge/格式塔/复通/脑伽把千阵元头盔推进注册临床——这从来不是“突然爆发”的故事，而是一场近百年声学、神经、影像、AI 的交响预热。
人类离“隔着头皮和大脑对话”的那天，还有不少声学迷宫要解。但方向已经越来越清楚：不是在颅骨上凿窗，而是学会用声波自己的语言，隔着骨头重新调音一片脑海。
作者：Bobo Feng
审核/排版：萝卜
参考文献:
脑机接口社区是国内首家脑机接口(BCI)产业服务平台、国内脑机接口新媒体开创者与引领者。主要为企业、科研团队、投资机构和从业者提供以下服务：
宣传报道：图文、短视频、直播形式报道企业动态、技术解读、产品介绍等内容，提升曝光和行业影响力。
资源对接：根据需求匹配资本、供应链、临床机构、渠道方等资源，完成真实对接，促进合作。
成果转化：协助技术团队寻找产业方、投资人及落地场景，推动技术到产品的转化。
活动策划执行：承接线上线下路演、沙龙、论坛等活动的策划与执行。
其他定制需求：包括报告定制、市场调研、人才招聘支持等个性化服务。
合作洽谈，请联系微信：ZuoLeiLeiya
（备注：姓名-单位-合作）
投稿丨成为创作者，请联系微信：RoseBCI
🌟星标置顶🌟
不错过每一条脑机前沿进展
一键三连「分享」、「点赞」和「在看」
欢迎在评论区聊聊
