美国国防部押注两条神经技术路线，旨在以更低侵入性换取更高空间选择性

2026年8月，美国国防高级研究计划局（DARPA）相继公布Firefox和SHINE两项神经技术计划。两者并非一套完整的双向脑机接口：Firefox研究如何获得更多、更快的脑信号，SHINE研究如何让特定神经回路进入可控的重塑状态。

当前实际进展：Firefox的100通道是36个月研发目标，不是现成设备；SHINE是18个月概念验证项目，不负责在本阶段证明长期行为恢复或临床疗效。

Firefox

Firefox建立在相干光学神经记录之上。神经元活动不仅伴随膜电位变化，也会使细胞膜及周围组织产生快速微形变。形变改变光程和返回光的相位，数字全息系统据此估计组织运动。与主要依赖血氧变化的功能性近红外成像相比，这类信号更贴近神经放电的时间尺度。

图1：数字全息神经记录的光路与处理流程。物光与参考光形成干涉图样，系统重建相位并计算组织速度。来源：Lefebvre等，Scientific Reports，2024。

困难在于，光穿过头皮、颅骨和脑组织后会发生强散射。返回信号同时包含血流、心跳、呼吸、头部运动和散斑去相关。真正与神经活动相关的形变量更小、持续时间更短，必须通过相干门控、空间配准和时间滤波从背景中分离。

2024年的公开论文已经在大鼠中完成穿颅记录。研究人员使用1310纳米光源逐层扫描，在颅骨表面以下约2毫米、接近皮层的位置观察到最大的神经相关形变。该结果证明了穿颅检测的可行性，但也显示记录深度、刺激同步性和生理噪声会直接影响信噪比。DARPA进一步声称，前期系统已在人体达到皮层深度；公开资料尚未披露完整的人体样本、信噪比和解码结果，因此不能据此称其已实现成熟的“人体深脑读取”。

图2：完整大鼠颅骨下的深度扫描。神经相关组织形变在约2毫米处达到峰值，对应皮层表面附近。来源：Lefebvre等，Scientific Reports，2024。

Firefox要从单通道扩展至100通道，并同时达到50微米空间分辨率和100微秒时间分辨率。这三项指标彼此制约。扫描区域增加后，每个区域分到的驻留时间和有效光子数下降；为了保持信噪比，只能提高光利用效率、并行度或处理增益，但光功率又受组织安全限制。所谓“100通道”，最终必须证明各通道在空间上可分离、在时间上可同步，而且不会因为串扰和运动伪影失去独立性。

第二个瓶颈是计算。百通道系统输出的不是100条简单波形，而是带有相位、空间位置和时间维度的高带宽数据。DARPA提出全光子计算、传感器内计算和神经形态光子计算，意图在模拟前端直接完成滤波、相关或特征压缩，减少模数转换和数据搬运。项目的关键不只是“测得更多”，而是能否实时输出稳定、可解码的神经特征。

SHINE

图3：SHINE官方项目概念图。该图为DARPA指导创作的项目视觉，并非设备或实验产品照片。来源：DARPA。

神经可塑性是突触连接和回路功能随学习、损伤或干预发生变化的能力。现有药物、康复训练和神经刺激可以促进可塑性，但作用常扩散到较大范围。问题不在于能否让大脑改变，而在于能否只改变需要修复的回路。

SHINE允许分子工程、精准递送、生物材料、细胞工程、合成生物学和神经调控等路线。选择性既可来自空间定位，也可来自细胞类型、活动状态或分子触发条件。例如，促进可塑性的信号可以先被限制在目标组织，再由局部光、磁、声或神经活动触发，以形成空间和时间上的双重门控。

征集文件把“选择性”拆成了可测指标：目标与非目标效应比例至少达到3∶1，目标通路激活提高至少两倍，并观察到不低于25%的可量化重塑变化。这样的指标设计说明，SHINE首先要建立的是作用位置、强度和脱靶范围的测量框架，而不是笼统证明某种疗法“促进脑修复”。

图4：DARPA此前TNT项目的靶向可塑性概念。外周神经刺激促进神经调质释放，再与训练事件配对以调整相关连接。该图用于说明SHINE所延续的问题背景，并非SHINE产品图。来源：DARPA，2016。

SHINE的周期为18个月，定位是概念验证。现阶段不要求证明长期行为恢复、持久回路重建或临床疗效。将其概括为“写脑”并不准确：它不会向大脑写入具体记忆或指令，而是试图控制哪些回路在什么时间进入更容易改变的状态。

共同方向：从高强度刺激转向高选择性干预

Firefox由DARPA生物技术办公室负责，SHINE由国防科学办公室负责，官方没有把两者定义为联合系统。它们的共同点，是把神经技术的竞争从“有没有信号、能不能刺激”推进到“信号能否分区、干预能否限域”。

Firefox需要证明无创光学记录在扩大覆盖范围后仍能保持信号质量；SHINE需要证明促进可塑性的效应可以集中在目标回路。前者面对散射、光子预算、通道串扰和实时处理，后者面对靶向递送、状态门控、脱靶效应和生物学验证。二者都把复杂的神经过程拆成可检验的工程指标。

这些技术具有军民两用属性。无创神经记录可以服务于康复、人机交互和人员状态监测；选择性可塑性可能用于脑损伤、精神疾病和训练研究。但Firefox仍是技术路径验证，SHINE仍是早期原型计划。它们说明DARPA正在为无创读取和精准调控建立新的技术底座，并不意味着成熟的“读脑—控脑”闭环已经形成。