他是脑机接口领域的拓荒者，也是用科学推动社会变革的践行者。本期，脑机接口社区为大家带来《Nature Neuroscience》神经技术特刊的重磅访谈——对话杜克大学荣休教授、Edmond and Lily Safra国际神经科学研究所创始人Miguel Nicolelis。在这篇访谈中，Nicolelis回顾了他开创脑机接口的“大胆想法”，分享了在巴西建立神经科学研究所的心路历程，并对神经接口与神经康复领域未来的科学发现、技术障碍及伦理问题给出了深刻的洞察。
这也是脑机接口社区全新专栏 BCI Vision第二期分享。我们致力于打造一个链接全球的窗口，追踪国际前沿实验，洞察神经技术变革。未来，BCI Vision 将持续聚焦全球顶尖期刊，为你带来前沿人物对话与思想碰撞。
Nicolelis 是一位神经科学家和脑机接口（BMI）先驱，他担任杜克大学荣休教授，并创立了 Edmond and Lily Safra 国际神经科学研究所。该研究所及其实验室致力于大规模神经元群体记录和脑机接口技术的研究，旨在为因脊髓损伤等严重神经系统损伤而丧失运动能力的患者提供康复手段，并探索该策略向中风等其他疾病的潜在扩展。同时，他还通过 Walk Again Project 等长期临床试验和基础研究，深入探索大脑的群体编码和“相对论性大脑”机制，以便更好地理解大脑作为一个整合整体运作的规律，并践行以科学推动社会变革的理念。
问：在大多数研究者还在研究单个神经元的时候，是什么让你确信脑功能必须在神经元群体和网络层面来理解？
Miguel Nicolelis：原因是我去了美国，找到了唯一的另一个想记录大量神经元的人——我的导师和挚友 John Chapin。这个想法诞生于我的博士研究。我构建了一个包含大约 40 个参与心血管控制的脑结构的矩阵，并用图论方法探索连接它们的通路——也就是旅行商问题（Traveling Salesman Problem，简称 TSP，是数学和计算机科学领域最著名的经典问题之一，属于组合优化和图论的范畴。）。我永远不会忘记，当时我在巴西实验室里用一堆 Apple II 计算机跑模拟。然后我就去过狂欢节，那五天整个巴西停下来，大家都在实验室消失了。我以为几天后回来就能拿到答案，准备写进论文。结果那些机器还在打印轨迹。可能的通路太多了，计算似乎没完没了。
这让我确信，不能靠在一个位置一次记录一个神经元来理解大脑；你必须看网络。当时我不知道如何记录大型神经元群体，但我确信必须这么做。我写了 58 封信给美国的实验室，收到了 56 封拒绝信。只有 John Chapin 理解我想实现什么。
我加入他的实验室之后，我们自己开发了电极、电子设备和手术方法。当我们终于开始记录时，结果挑战了主流的单神经元观点，表明活动分布在大范围的神经元群体中。脑-机器接口（BMI）就是试图用实验检验这个想法；那时我们甚至还没有考虑患者。如果一群神经元能够实时驱动一个机器人装置，那么群体编码就不只是理论构造，而是大脑的一种功能属性。
这个视角解释了单神经元记录根本无法解释的事情，我相信从单细胞解释转向群体编码，这一转变是永久的。下一次转变将是认识到大脑作为一个整合整体来运作。旧教科书里视觉、运动和感觉皮层之间的边界很难站得住脚。Brodmann 已死（译者注：布罗德曼分区系统（Brodmann areas）是指布罗德曼在1909年通过研究大脑皮层的细胞结构将人类大脑皮层划分为 52个独立区域）！大脑并不在乎我们强加给它的分区。
问：那些早期 BMI 实验是否改变了你对运动皮层在产生运动中作用的看法？
“支持运动的神经机制广泛分布，如果没有 BMI，我们可能不会改变想法。”
有一个从未进入已发表文献的观察，至今仍让我印象深刻。我们偶尔在猴子于实验室睡觉时记录它们的神经活动。令我们惊讶的是，有时会出现能够驱动机器人装置的神经活动模式。这些动物似乎正在重放它们白天执行任务的某些方面，而机械臂会在猴子睡着时执行部分运动序列。当时我们担心发表这样的发现会让我们显得疯狂，所以没有写进去。回头看，我认为我们当时应该报告那些观察！
问：为什么你更喜欢 BMI 这个术语，而不是brain– computer interface（脑-计算机接口）？它后来又如何演变成脑-机器-脑接口的概念？
后来出现的脑-机器-脑接口概念，来自那些表明反馈可以直接传递给神经系统的研究。红外大鼠实验对我尤其有影响。我们把一个红外传感器装在动物身上，并把输出信号传入躯体感觉皮层。大鼠学会了利用红外信息在环境中导航并找到目标。躯体感觉皮层中的神经元继续对动物的胡须作出反应，同时也发展出了实际上相当于红外感受野的反应。大脑正在多路复用信息流，纳入一种进化从未提供过的感觉信息来源。
这向我展示了关于可塑性的某种深刻的东西。大脑可以纳入全新的信息通道，并把它们当作其操作现实的一部分。这些想法让我们开始思考相互作用的大脑网络，我们后来称之为“Brainets”。在动物和人类中，群体都可以在执行合作任务时同步其活动。我们在猴子中通过实验证明了这一点，但同样的原理也可见于管弦乐演奏或团队运动等活动。在这个意义上，BMI 不只是控制机器。它们是研究大脑如何纳入新信息、适应新环境并彼此协调的一种方式。
问：你认为什么将决定 BMI 的长期稳定性？
炎症反应仍然是植入式 BMI 的主要限制。随着时间推移，炎症反应包裹尖端，记录质量下降。这个问题尚未解决。对临床而言，关键问题不是植入物有多少通道，或电子设备有多复杂。我们需要知道它进入大脑后能安全运行多久。如果植入物只在几个月或一年内有用，神经外科手术就很难被证明合理。除非生物相容性问题得到解决，否则这些考虑将继续决定侵入性 BMI 技术的长期影响。
在人类中广泛研究非侵入性 BMI 方法之后，我越来越惊叹于不用植入物也能取得的成果。在我们的 Walk Again Project 康复研究中，患者通过结合基于 EEG 的 BMI、机器人和虚拟现实，重新获得了有意义的运动能力。成功的康复并不需要复现健康神经系统中观察到的活动模式的每一个细节。人们被电子设备吸引，却忘了疗效、可负担性和安全性才是临床实践中最重要的事情。在我们解决生物相容性问题之前，非侵入性方法可能产生巨大影响。
问：Walk Again Project 及其后续研究表明，长期 BMI 训练可以促进慢性脊髓损伤后的功能恢复。你认为是什么驱动了这些改善？
一种假说是，我们可能通过虚拟现实、机器人装置和感觉反馈，重新激活脊髓损伤后残存的通路，并把它们重新募集到功能回路中。但我一直在考虑另一种假说，即肌肉本身可能是机制的一部分。肌肉组织作为内分泌器官发挥作用，在运动过程中释放信号分子（肌肉因子），这些分子可以进入血流、到达大脑，并影响神经发生、树突生长和轴突萌芽等过程。当人截瘫时，他们会失去肌肉量，也失去这些信号的一个重要来源。通过 BMI 训练恢复运动并重建肌肉活动，我们可能也在恢复一条促进可塑性的重要生物通路，影响整个身体-大脑系统，而不只是绕过受损通路。
这个想法与我们的纵向神经影像结果相符。我们用结构和功能 MRI 随访了长期脊髓损伤患者。许多人表现出超出运动系统的皮层萎缩模式，涉及与衰老和神经退行性疾病相关的区域，几乎好像脊髓损伤正在加速大脑的衰老过程。经过九个月的基于 BMI 的康复后，我们观察到其中一些萎缩出现了部分逆转。
问：如今脑-计算机接口（BCI）和脑-机器接口（BMI）研究中，什么被高估了？
该领域过度假定数学描述等同于生物学解释。研究者把数学框架拟合到神经数据上，然后得出结论说大脑一定在实现那些计算。但大脑不是脱离身体的计算机，它在很大程度上是模拟的，并作为身体的一部分、在不断变化的环境中运作。数学是大脑发明来描述现象的语言，但不一定是大脑本身使用的语言。
这也助长了围绕神经技术和人工智能的一些更夸张的说法，例如记忆可以像计算机之间的文件一样上传、下载或转移。我对此非常怀疑。在大脑中，硬件和软件没有明确分离。信息嵌入在生物结构本身之中。许多从数字计算借来的隐喻，在应用于活体神经系统时具有误导性。
问：你认为什么被低估了？
过去十年尤其让我印象深刻的是非侵入性 BMI 的潜力。我们现在有大量证据表明，无需向大脑植入任何东西也能实现有意义的康复。我认为人们低估了这些技术的公共卫生意义。神经系统疾病影响全球数十亿人，而衰老是主要风险因素之一。我们不可能建造足够多的专科医院来照顾所有人。非侵入性 BMI 系统提供了一种不同模式：原则上，患者可以在家中接受训练和康复，只需远程监督和相对便宜的设备。这种分布式医疗可能比只为少数经过高度筛选的患者设计的技术产生更大的社会影响。
我相信，真正的机遇或许恰恰存在于炒作之外的地方。虽然该领域大部分注意力集中在越来越复杂的植入物上，但同样重要的机会是开发安全、可负担且可扩展的康复工具，以惠及大量人群。我认为 BMI 最终可能在那里作出最大贡献。
问：尽管你对炒作有所担忧，公众和商业兴趣的增加是否帮助加速了神经技术的进展？
我不太清楚的是，这股热情是否同样惠及了基础神经科学。从我自己的经验看，通过学术渠道获得 BMI 研究资金可能更难（至少在美国），而私人投资正在加速。商业繁荣不会自动转化为对基础科学更大的支持。
我担心商业发展与科学传统之间日益扩大的鸿沟。我们作为科学家的做法是公开出版结果，并让更广泛的群体能够获得研究发现。然而，越来越多的活动发生在私人公司内部，那里的数据并不总是受到同等程度的审查。我认为围绕 BMI 的兴奋可能有益，但当宣传快于证据时就有危险。患者值得拥有希望，但也应该得到诚实的信息：哪些已经实现，哪些仍有待证明。
问：你在巴西建设神经科学能力的过程如何？
我决定检验一个在我脑中酝酿多年的想法：科学可以成为社会变革的推动者。我们没有在较富裕地区建设研究所，而是选择了巴西东北部的 Macaíba——当时该国最贫穷的地区之一。该地区的人类发展指标是巴西最低的之一，许多人认为把神经科学研究所设在那里是疯狂的。但这正是关键所在。我想证明，世界一流科学可以帮助推动那些历史上被忽视的地方的社会和经济发展。
这个研究所的设计远不止是一个研究中心。我们创建了一个神经科学园区，整合基础研究、临床服务和科学教育。我们为学童设立项目，制定以妇女和儿童为重点的免费医疗举措，并建立了一个如今服务数万名患者的临床网络。我们的主要优先事项之一是母婴健康。我们到达时，该地区是全国孕产妇死亡率最高的地区之一。在随后的二十年里，随着医疗服务的改善，这些数字大幅下降。建设研究所需要说服几乎所有人。我必须让政治家、政府机构和私人捐赠者相信这样一个项目是可能的。Lily Safra 提供了当时支持巴西科学的最大私人捐赠之一，巴西政府也提供了配套资金。这种支持使我们能够建设长期维持项目所需的基础设施。
回头看，最让我高兴的不是任何单项科学成就，而是随之而来的更广泛转变。我们建设研究所的 Macaíba，现在自称“大脑之城”。一代代学生通过我们的教育项目，医疗服务扩大，研究所成为该地区身份的一部分。我们经历了多届政治政府和许多艰难……但20多年过去，这个项目依然生机勃勃。对我而言，这个研究所有力地证明了：当科学深深扎根于它所服务的社区时，能够助力改变社会。
采访：Henrietta Howells
在线发表：2026 年 10 月 1 日
来源：Nature Neuroscience 2026 年 10 月
DOI：https://doi.org/10.1038/s41593-026-02467-x
翻译整理：王猛
运营：罗卜
参考文献
1.Nicolelis, M. A. L. & Lebedev, M. A. Nat. Rev. Neurosci. 10, 530–540 (2009).
2.Thomson, E. E., Carra, R. & Nicolelis, M. A. L. Nat. Commun. 4, 1482 (2013).
3.Pais-Vieira, M., Chiuffa, G., Lebedev, M., Yadav, A. & Nicolelis, M. A. L. Sci. Rep. 5, 11869 (2015).
4.Donati, A. R. C. et al. Sci. Rep. 6, 30383 (2016).
5.Nicolelis, M. A. L. Made in Macaíba: A História da Criação de uma Utopia Científico-Social no Ex-Império dos Tapuias (Editora Crítica, 2016).
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