皮层内微刺激：从“点亮皮层”到感知觉修复

皮层内微刺激，英文为 Intracortical Microstimulation，简称 ICMS。它的核心逻辑并不复杂：通过植入微电极阵列，直接向感觉皮层内的神经元群体施加微弱电脉冲，从而诱发可被受试者感知的人工感觉。与传统脑机接口更强调“读取”运动意图不同，ICMS 更接近一种“写入型脑机接口”。它试图绕过受损的外周感觉通路，把触觉、压力、振动，甚至视觉中的光点与空间信息，重新写入大脑皮层。

ICMS 当前已经从早期“能激活神经元”的阶段，进入到追求“精准调控感觉体验”的阶段。其关键问题不再只是电极能否产生感觉，而是刺激参数、皮层层次、电极位置、组织反应和长期稳定性如何共同决定最终感知质量。现有研究正围绕神经激活机制、刺激参数设计、时间效应、组织适应性和仿生刺激策略展开系统推进。

ICMS 的早期探索可以追溯到视觉皮层刺激研究。研究者通过电刺激视觉皮层诱发光幻视，证明大脑皮层可以被人工方式“点亮”。但早期表面电极刺激分辨率有限，诱发感知粗糙，难以形成可用于日常功能恢复的视觉信息。

真正推动 ICMS 进入新阶段的，是微电极阵列技术，尤其是 Utah Array 等皮层内微电极阵列的发展。Blackrock Neurotech 公开资料显示，其 NeuroPort Array 基于 Utah Array，并已被用于人体脑机接口和神经生理研究。

2016 年，匹兹堡大学团队在 Science Translational Medicine 发表研究，展示了在人类体感皮层进行 ICMS 可诱发手部区域的触觉感知，这被认为是 ICMS 用于感觉修复的重要临床节点。 随后，研究进一步走向闭环系统：一端从运动皮层读取信号控制机械臂，另一端通过体感皮层 ICMS 把触觉反馈写回大脑。2021 年发表在 Science 的研究显示，人工触觉反馈可以改善四肢瘫痪受试者操控机械臂和抓取物体的能力。

从技术路线看，ICMS 的演化大致经历了三步。

第一步是“点刺激”。早期研究主要证明单个或少量电极能否诱发可报告的感觉，例如触觉、振动感、压力感或光幻视。这个阶段的核心是安全性和可感知性。

第二步是“参数编码”。研究开始关注电流幅度、脉冲宽度、频率、脉冲序列、刺激时长和多电极组合如何影响感知强度、位置和质感。研究发现，低频刺激更容易产生“敲击”感，中高频刺激更容易产生“振动”或“触觉”感；同时，长期连续刺激可能导致神经活动抑制和感知衰减。 eLife 相关研究也显示，刺激频率、幅度和持续时间会显著影响人类体感皮层 ICMS 诱发的感觉体验。

第三步是“仿生写入”。这一阶段不再把刺激看成简单电流输出，而是试图模拟自然感觉通路的编码方式。2023 年相关研究提出了仿生多通道微刺激策略，用于让脑控仿生手获得更自然的触觉反馈。 2025 年 Nature Biomedical Engineering 研究进一步显示，多电极微刺激可以诱发更稳定、更精确的触觉感知，并支持脑控仿生手触觉反馈。

因此，ICMS 的技术并不是简单追求更高通道数或更大电流，而是从“刺激大脑”转向“理解皮层编码，再以工程方式重建感觉”。

ICMS 的产业链可以分为上游、中游和下游。

上游主要包括微电极阵列、柔性材料、封装材料、植入式芯片、刺激器、电源、无线通信和手术工具。当前主流临床研究仍大量依赖 Utah Array、NeuroPort 等刚性微电极阵列。Blackrock 资料显示，Utah Array 可用于记录和刺激单个神经元或神经元群体，是当前侵入式 BCI 研究中的代表性平台。 但刚性电极与柔软脑组织之间存在力学失配，长期植入后可能出现胶质增生、阻抗升高和信号/刺激效率下降。2021 年 Utah Array 取出分析研究显示，人体皮层内植入阵列存在材料完整性、组织包裹和长期性能变化等问题。 这也解释了为什么柔性电极、Parylene-C 涂层、薄膜阵列、超柔性神经界面和无线全植入系统，会成为上游技术迭代重点。

中游是系统集成层，包括刺激参数控制器、神经信号解码算法、感觉编码算法、闭环控制系统、术中定位、影像导航、神经调控软件和临床实验平台。对于 ICMS 来说，中游价值越来越高。原因在于，真正决定患者体验的不是单个电极，而是“传感器—编码算法—刺激序列—皮层感知”的闭环映射。比如在仿生手场景中，机械手指端传感器采集压力或接触信息，算法将其转化为刺激频率、幅度和脉冲序列，再由体感皮层电极写入触觉反馈。相关研究已经证明，ICMS 可用于传递抓握力信息，从而改善脑机接口用户对机械臂的控制。

下游则主要包括三类应用：第一是运动功能恢复中的触觉反馈，例如脑控机械臂、脑控假肢和脊髓损伤患者辅助操作；第二是视觉重建，例如视觉皮层假体和视觉皮层光幻视编码；第三是更长期的感觉修复平台，包括疼痛、体感缺失、神经损伤后的感觉替代等。视觉方向中，Cortigent 的 Orion 视觉皮层假体系统并非典型皮层内微电极 ICMS，而是皮层表面刺激路线，但它代表了“直接刺激视觉皮层恢复视觉感知”的产业化方向。其公开资料显示，Orion 目标是帮助深度失明患者获得运动和光感知。

从产业成熟度看，ICMS 仍处于“临床验证—工程系统化—监管路径探索”的阶段，尚未进入大规模商业化。Blackrock Neurotech 是该领域上游和系统平台的重要参与者，其 MoveAgain BCI 系统曾获得 FDA 突破性器械认定，虽然该系统重点是运动解码，但其微电极阵列平台也构成 ICMS 感觉反馈研究的重要基础设施。

在视觉恢复方向，Science Corporation 的 PRIMA 是视网膜植入路线，并不是 ICMS，但它对产业判断有参照意义：视觉修复类 BCI 正在从实验室走向真实产品化。MedTech Dive 报道称，Science Corporation 在 2026 年完成 2.3 亿美元融资，用于支持 PRIMA 视网膜植入系统商业化，并计划在欧洲推出相关产品。 这说明，感知觉修复类脑机接口的商业化可能最先从“相对明确适应症+可量化终点”的视觉或运动辅助场景突破。

但 ICMS 自身要实现产业化，仍面临三重约束。

第一是长期稳定性。研究指出，持续刺激可能导致神经元兴奋性抑制、阈值变化、组织反应和感知衰减。 对医疗器械而言，这意味着产品不能只证明“今天有效”，还必须证明数年尺度内仍然可靠。

第二是感知质量。患者需要的不是简单的“有感觉”，而是可解释、可定位、可区分、可训练的感觉。触觉反馈要能帮助抓握，视觉刺激要能支持方向、边界、运动和阅读等功能任务。Cortigent Orion 的早期可行性研究显示，该系统用于刺激视觉皮层诱发视觉感知，相关临床研究主要评估其在盲人中的可行性。

第三是产业链成本。ICMS 涉及神经外科植入、术前影像、术中定位、植入器械、长期随访、算法调参和康复训练。这不是一个单纯硬件销售模型，而是“器械+手术+软件+训练+随访”的复杂医疗服务系统。

如果说过去侵入式脑机接口的主线是“读出”，即从运动皮层解码意图，控制光标、机械臂或语音合成系统，那么 ICMS 代表的是另一条路线：把信息重新写回大脑。主要有三类场景：

最清晰的第一类场景，是脊髓损伤或四肢瘫痪患者的双向脑机接口。运动皮层负责“读出”意图，体感皮层负责“写入”反馈，形成真正意义上的闭环控制。没有触觉反馈的机械臂控制，患者往往只能依赖视觉监控；一旦加入触觉反馈，抓握力、物体接触和操作效率才可能显著改善。2021 年相关研究已证明，ICMS 触觉反馈能改善四肢瘫痪受试者的脑控机械臂操作。

第二类场景，是视觉皮层假体。与视网膜植入不同，视觉皮层刺激理论上可绕过眼球、视网膜和视神经，因此适应症边界更大，可能覆盖视神经损伤、眼球缺失或部分视网膜路线无法处理的人群。但它的难度也更高，因为视觉皮层的空间编码、层状结构、个体差异和光幻视组合远比单点触觉反馈复杂。

第三类场景，是感觉替代和神经康复。ICMS 可作为“写入型神经接口”与假肢、外骨骼、机器人、康复训练系统结合，帮助患者在长期训练中建立新的感觉—运动闭环。这类场景的商业化不会只依赖植入器械，而会依赖医院、康复中心、算法平台和设备厂商共同形成解决方案。

ICMS 的产业机会不会属于单点技术公司，而会属于能够同时整合电极、芯片、算法、神经外科、康复训练和临床试验体系的平台型团队。未来真正有价值的公司，也不会只是做一块电极或一套刺激器，而是能够定义“感觉写入系统”的公司。

参考文献：

https://www.science.org/doi/abs/10.1126/scitranslmed.aaf8083

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8715714/

https://elifesciences.org/articles/65128

https://ucla.clinicaltrials.researcherprofiles.org/trial/NCT03344848

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