Brain-Machine Sea River Laboratory: Completed the first "Space Brain-Machine Interface Experiment" for humanity

打通技術鏈 補全人才鏈 促進腦機接口科技成果轉化應用

新質生產力是創新起主導作用，擺脱傳統經濟增長方式、生產力發展路徑，具有高科技、高效能、高質量特徵，符合新發展理念的先進生產力質態，並強調科技創新能夠催生新產業、新模式、新動能，是發展新質生產力的核心要素；必須繼續做好創新這篇大文章，推動新質生產力加快發展。腦機接口作為塑造未來產業的顛覆性技術，是實現生物智能與機器智能融合的關鍵，是完整覆蓋 “四個面向” 的新質生產力代表。

推進新型工業化，腦機接口將發揮重要作用

作為一種新型的人機交互技術，腦機接口通過採集大腦在思維活動時產生的神經電信號，提取解析信號特徵，進而識別大腦意圖並輸出指令，實現大腦與外部設備間的交流與控制。

在推進新型工業化進程中，智能化、數字化、網絡化是核心特徵，腦機接口通過構建人腦與機器間的直接信息通路，突破了傳統人機交互的生理限制，可將工業生產從 “機械執行” 升級為 “智能協同”，應用場景可從實驗室延伸至高端製造、能源勘探、航空航天等戰略性產業，有望成為推進新型工業化的底層技術支撐。同時，腦機接口技術融合醫學、計算機、材料科學等十多個學科前沿，為技術鏈和產業鏈的深度耦合提供了突破口。腦機接口底層技術創新需要突破生物兼容電極材料、高密度信號採集芯片等 “卡脖子” 問題，產業化落地需構建從腦信號解碼算法到智能裝備製造的完整技術鏈。腦機接口能有效串聯基礎研究、技術轉化與產業應用三大環節，將在推進新型工業化進程中發揮重要作用。

腦機接口在醫療健康、消費電子、軍事航天等多個領域均展現出巨大的應用前景和市場潛力。近年來，歐美等西方國家已投入重金髮展腦機接口技術。自上世紀 70 年代起，美國國防部高級研究計劃局便大力支持腦機接口技術的發展，相繼啓動 “無聲對話”“阿凡達”“神經工程系統設計”“N3”“電子處方” 等多個項目。包括 Neuralink、Kernel 和 Facebook 在內的眾多美國科技公司先後投入各類相關技術和產品的開發。2008 年和 2013 年，歐盟分別啓動了名為 “腦機交互工具” 和 “腦機交互的未來：地平線 2020” 的研究計劃。

腦機接口一旦實現產業化以及規模化應用，必將為人類生產生活方式帶來顛覆性變革，其發展必將成為影響未來世界經濟週期的重要變量之一，也是影響未來世界經濟格局的一大重要因素。因此，突破腦機接口技術封鎖，發展自主可控的腦機接口關鍵技術與核心元器件事關我國新型工業化發展和國家經濟安全。

腦機接口潛力巨大，但面臨諸多技術創新與產業化挑戰

從技術角度講，腦機接口根據採集信號時電極位置和方法，可以分為侵入式和非侵入式兩大類。我國的腦機接口技術研發和應用在整體上可以説處於世界第一方陣。但是，由於腦機接口的研究領域非常廣泛、包含不同賽道，因此很難脱離具體賽道和細分領域來評判技術優劣與領先程度。總體來看，對於非侵入式腦機接口技術而言，我國基本上保持着與國際最先進水平同步的水準；而對於侵入式腦機接口技術，我們目前在一些關鍵器件上還有差距，但差距在快速縮小，我國的科研團隊在持續發力，在新的科研範式和創新研究領域競相佈局。

侵入式腦機接口通過有創的方式將功能器件放置於人體內。無論是頭皮下還是顱骨下、血管內，都需要產生某種創口置入人體內來監測人腦的各種信號。總體來看，國外的侵入式神經電極和芯片已形成較為成熟的商業化產品。國內方面，首都醫科大學附屬北京天壇醫院、中國科學院半導體研究所等相關研究機構陸續研製了顱內連續腦電監測的柔性可拉伸電極、硅基神經電極和柔性神經電極，但電極通道數、記錄時長尚小於國外產品。復旦大學、中國科學院空天信息創新研究院、北京理工大學等單位在神經電生理信號檢測、數字化和無線通信集成芯片研製方面正在持續發力，但國內研究成果距離成熟的集成化芯片仍有一段距離。

目前，侵入式腦機接口應用主要集中在醫療健康領域。瑞士洛桑聯邦理工學院從時、頻、空三個維度實現了對患者運動意圖的實時解碼；美國加州大學的團隊實現了從皮層腦電到發音運動，最終轉化為可聽語音的解碼；美國 Neuralink 公司通過侵入式腦機接口進行腦控玩遊戲等應用研究；美國國防部高級研究計劃局還針對侵入式腦機接口啓動了神經工程系統設計項目，開展對感覺恢復方面的研究，主要包括視覺、語言、聽覺方面的功能。國內在侵入式腦機接口應用方面也逐步開展研究，如浙江大學實現了基於侵入式腦機接口的截癱患者腦控機械臂應用；清華大學團隊開發了可放置在大腦感覺運動皮層上的無線、小侵入性腦機接口系統，幫助脊髓損傷的癱瘓患者恢復手部運動，實現控制光標、輪椅、自主喝水等運動；復旦大學附屬華山醫院及其合作團隊先後開展高精度實時運動解碼和語言解碼臨牀試驗，實現了 “腦控” 智能設備和 “意念對話”。

形象地説，侵入式腦機接口是一種 “兵臨城下、破牆而入” 的監測方式，優勢在於得到的信號質量優秀，劣勢則是生物相容性和安全性都存在一定的挑戰。更為關鍵的是，大腦約有 860 億個神經元，通過超過 100 萬億個突觸連接，這樣無時無刻不在活動的神經網絡迫切需要全腦性監測。然而實際上，侵入式腦機接口技術要做到全腦性監測的難度非常大。

相比之下，非侵入式腦機接口採用 “隔牆有耳” 的檢測方式，通過附着在頭皮上的傳感器件來檢測大腦發出的微弱信號。其優點是無創和更高的相容性，能更為安全地監測全腦信息，適用於更廣泛的人羣。其缺點也顯而易見，非侵入式腦機接口通過聲、光、電等各種途徑監測大腦發出的極微弱的信號，對工程的感知處理能力的要求非常高，需要通過更好的技術手段、更先進的感知技術和更優的解碼技術，抽絲剝繭地將微弱的信號解析出來。歐美等國最早將非侵入式腦機接口技術應用於軍事領域，目前相關應用成果正向民用領域溢出，且在國家資助下面向醫療、消費等領域實現應用。比如，在美國國家科學基金會的支持下，美國明尼蘇達大學開發的混合型運動想象腦機接口系統，能夠有效幫助脊髓損傷患者恢復運動功能；美國國家衞生研究院資助的 Neurable 公司開發了一款 Enten 頭戴式腦機接口設備。

近年來，國內在非侵入式腦機接口關鍵技術及系統應用上的發展態勢較好，取得了並跑甚至部分領跑的優秀成果。如面向臨牀領域，天津大學自主研發了全球首台人工神經康復機器人系統 “神工” 系列，清華大學團隊為 “漸凍人” 王甲打造了一款非侵入式腦機接口打字系統；面向特種領域，天津大學不僅研發了 4 自由度 12 指令腦控無人機系統，還研製出了國際首套空間站在軌腦機接口系統，應用於 2016 年 “天宮二號” 和 “神舟十一號” 載人飛行任務。然而，國內針對重大技術攻關與成果轉化的專項資助仍相對不足，資助年限較短、力度不大，難以滿足成果轉化的需求，導致國內系統應用多為科研院所與高校的實驗探索或處於臨牀測試階段。總體而言，我國非侵入式腦機接口正處於技術爆發期，已具備應用轉化的巨大潛力，亟待市場需求發展的推動和產業能力提升的牽引。

儘管在腦機接口技術及應用上取得了一定進展，但目前我國在腦機接口領域還面臨諸多產業化及技術創新方面的挑戰。

第一，我國腦機接口企業缺乏健全的技術鏈、完整的人才鏈，導致產業化能力較弱。腦機接口綜合了醫學、計算機、電子、機械、材料等多個學科的最先進理論與前沿技術，是一項重倉技術，其技術鏈條相對較長，其中任何一個環節的技術短板都會阻礙其產業化進程。但與此同時，腦機接口又是一個新興的技術領域，國內市場中流動的相關專業人才缺口非常大。這導致小規模企業難以建立完整的人才鏈和技術鏈來研發高質量、系統級的腦機接口產品。

第二，腦機接口研究對原始創新和重大應用關注不足。受到資源和人才不足等因素限制，國內腦機接口技術創新能力較差，大部分工作是對現有技術的低端重複、小幅改進的 “跟隨式創新”，或者是對相同技術進行多次複用的 “換場景式創新”，而對顛覆性的引領技術缺少深度思考與探索。此外，由於大部分企業尚處於初創期，企業規模較小，相關工作存在應用場景過小過窄、應用效益不突出等問題。同時，國內腦機接口市場主要以低端的處理軟件和採集硬件為主，且最底層的基礎元器件依賴進口，開源平台數量不足，市場規模佔全球比重不足 10%。

第三，目前媒體報道缺乏規範，過度誇大炒作可能會引發腦機接口科技泡沫。由於對腦機接口的專業性缺乏正確認識，國內報道多次出現誇大式宣傳，或者將一些無關成果套上腦機接口概念來吸引公眾眼球。媒體的過度炒作可能會帶來對腦機接口技術發展的錯誤引導和科技泡沫，過度消費社會認知與民眾信心，影響腦機接口產業長遠的可持續發展。

多措並舉，有效推動腦機接口技術應用與產業創新

腦機接口領域的發展過程應是從有創到無創，再到無感。現階段腦機接口領域取得的進展可能只是腦機接口的過渡態，終極腦機接口形態尚未出現。目前，腦機接口發展的關鍵在於是否有好的技術，且能否找到適合技術落地的場景。未來可預期的是，人們將在幾乎沒有感覺的前提下進行自然的人機交互，即 “未來自然的腦機交互”。屆時，腦機接口將被更普遍的人羣接受，真正造福大眾。

為推動腦機接口領域發展，更好實現腦機接口普惠於民，建議採取以下舉措。

一是儘快打通技術鏈、補全人才鏈，打造腦機接口產業鏈高質量發展的可靠底座。針對當前我國腦機接口技術鏈不全、人才鏈短缺、產業能力弱等問題，需要引導高水平大學通過交叉學科設置等方式積極打造我國腦機接口人才培養基地，培育高質量複合型人才。通過鼓勵國有企業發揮擔當精神，與高校共建高水平科研創新平台，推進形成產學研一體化模式，承接腦機接口領域重點攻關任務，解決產業化落地難題，逐步建立起健全、健康的腦機接口產業鏈。

在補全人才鏈方面，天津大學及其合作單位在人才培養、科學研究等方面持續發力，於 2024 年開設了全國首個腦機接口專業方向並正式招生，希望以此為契機，帶動腦機接口及相關行業儘快補全人才鏈，構築腦機接口產業鏈高質量發展的可靠底座，提高腦機接口產業化能力。在打通技術鏈方面，天津大學主動融入國家發展戰略，培育產學研用一體的全產業鏈集羣，牽頭推動先進醫用材料與醫療器械全國重點實驗室、腦機交互與人機共融海河實驗室等國家級省部級平台在津落地，並與天津市環湖醫院合作全國首個腦機接口綜合臨牀試驗病區，積極服務天津市經濟社會發展。

二是強化非侵入腦機接口技術創新和引領，關注重大工程應用和轉化問題。相對侵入式技術的倫理和安全風險，非侵入式腦機接口安全、便捷、成本低廉，具有廣闊的應用前景。我國非侵入式腦機接口具備較好的技術積累，正處於引領新一代技術、加速產業化進程的重要機遇期。現階段，應避免簡單跟隨式和換場景式的低端重複研究，攻關技術發展的痛點難點，開展具有原創性和顛覆性的前沿技術探索。圍繞重大工程應用轉化需求，加強非侵入式腦機接口工程技術研究，推動完善產業化、體系化發展途徑，加速我國在腦機接口領域實現換道超車。

天津大學腦機交互與人機共融海河實驗室團隊聚焦無創腦機接口領域，持續推動科技創新與產業化落地。目前，已形成從高性能的器件、芯片、算法、平台，到系統集成和關鍵底座與應用集於一體的全鏈條佈局。在臨牀應用領域，天津大學研製的 “神工” 腦機交互創新醫療器械全譜系產品相繼問世，逐步覆蓋腦卒中康復、脊髓損傷運動輔助、抑鬱診療、聽覺障礙診療等臨牀場景應用。在航空航天領域，設計開發五代空間站在軌腦機交互系統，完成人類首次 “太空腦機接口實驗”，並相繼在後續多次載人飛行任務中取得重要應用，服務於航天員功能狀態與情緒狀態等精準檢測，實現了航天員的效能增強，為我國載人航天工程的新一代醫學與人因保障系統提供關鍵技術支撐。在市場化消費級融合產品研發應用方面，發佈我國首個腦機接口領域綜合性開源軟件平台 Meta 腦機接口，已被美國加州大學、北京大學等國內外 100 餘家單位使用，下載量超萬次；與華為合作開發基於腦機交互的新型娛樂遊戲，搭建橫跨醫療、教育、娛樂、國防、交通等領域的智能生態產業平台。

三是規範媒體報道，嚴防腦機接口 “四化”，規避科技泡沫風險。需要相關政策引導和規範與腦機接口相關的宣傳報道，強調客觀、深度、全面的信息傳遞，避免媒體片面炒作化、誇大化、概念化、玩具化腦機接口的作用。同時，建立面向社會公眾的科學技術普及的權威窗口，及時糾正可能存在的誤導性陳述，引導公眾科學對待腦機接口研究成果，從而有效規避腦機接口科技泡沫風險。

天津大學將深刻把握新時代新徵程推進新型工業化的基本規律，積極主動適應和引領新一輪科技革命和產業變革，把高質量發展的要求貫穿新型工業化全過程。持續加大創新力度，突破腦機接口技術應用，培育壯大新興產業，為推進新型工業化貢獻高校力量。

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