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“科技突破的程度，很大程度上决定未来产业发展的速度、广度、深度。”

眼下，新一轮科技革命和产业变革加速演进，前沿技术不断涌现，引领和支撑未来产业快速崛起。

“十五五”规划纲要提出，瞄准引领未来发展重点领域，构建未来产业全链条培育体系，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。

前瞻布局未来产业是发展新质生产力的必然要求，也与我们的日常生活息息相关。本版今起推出“院士讲科普·未来产业”系列报道，跟着院士了解新一轮科技革命和产业变革趋势，感受科技创新与未来产业发展的脉动。本期，中国科学院院士、南京大学常务副校长郑海荣带我们走进脑机接口产业发展前沿，了解小接口里的大学问、新成果。

——编  者  

脑机接口是连接人脑与外部设备的新型人机交互技术，也是当前全球科技竞争的前沿领域。这一技术可以构建大脑与机器的直接信息通路，实现神经信号的读取、解码与写入，推动碳基生物智慧与硅基人工智能深度融合。

目前，全球脑机接口正处于实验室研发向规模化应用过渡的关键阶段，侵入式技术虽取得阶段性成果，但生物相容性、长期安全性等瓶颈仍难以突破。多年来，我与团队深耕无创脑成像与神经调控领域，致力攻克无创超声脑机接口方面的多项技术难题，探索出一条非侵入式脑机接口技术发展之路。

不同技术路线，存在多重挑战

目前，脑机接口主要有侵入式、半侵入式和非侵入式3条技术路线，技术形态各不相同，面临的挑战也各有侧重。

侵入式技术，是通过外科手术将微型电极植入大脑皮层。这一技术的神经元信号采集精度最高，但也有明显短板：植入电极易引发人体免疫排斥反应，长期使用也会出现信号衰减、器件失效等问题。此外，手术存在一定风险，且仅能采集局部脑区信号，无法实现全脑范围探测。

半侵入式技术，是将电极置于大脑皮层表面，寻求信号质量与使用安全间的平衡，但依然无法规避颅内植入带来的潜在风险。

非侵入式技术，则是依托穿戴设备从头皮采集脑信号，有着无创安全、易普及的特点，但其研发技术壁垒极高。颅骨与头皮会大幅衰减、干扰神经电信号，导致原始数据混杂大量噪声，如何在复杂环境下实现神经信号稳定采集与高精度解码，是摆在全球科研人员面前的共同难题。

放眼全产业链，我国脑机接口产业发展也面临着多重挑战：全脑信息定向写入技术有待突破，适配行业需求的低功耗专用神经芯片供给不足，通用芯片难以兼顾低功耗、高算力与多通道实时处理的要求。脑机接口直接触及人类思维与隐私边界，配套的伦理规范、行业标准与监管体系也亟须同步构建完善。

探索无创入脑，拓展医疗场景应用

面对挑战，我们团队选择了一条新路径——无创超声神经调控原创技术路线。不同于传统电极植入思路，该技术依托超声、光、电磁等多元物理场，在不破坏人体天然生理屏障的前提下，实现全脑神经信息双向读写。

让超声波能够“穿透”颅骨、精准作用于颅内深部脑区，是这项技术要跨过的第一道关。在“穿过”颅骨的过程中，超声波易出现折射、能量损耗等问题。为此，团队开展复杂介质声场理论建模、仿真计算与对照实验，逐一破解超声波穿颅传播、能量聚焦、安全调控等科学问题，从科学原理层面确证了无创超声神经调控技术的可行性。

无创超声脑机接口技术有一个关键硬件——高密度相控阵换能器。此前，这一器件长期被国外技术垄断，通过深耕底层压电材料研发与精密加工工艺，我们团队完成全链条自主攻关，顺利实现器件国产化替代。自研的换能器，在电声转换效率、穿颅能力、聚焦精度等主要指标上表现出色。正是依托于此，团队成功研发万通道级智能神经调控系统，融合声场校正算法与多模态影像导航技术，打造出如同“大脑GPS”一样的高精度定位追踪体系，可将超声能量精准汇聚到颅内10厘米深度的毫米级靶点，既解决了传统电磁刺激作用范围弥散、作用深度不足的问题，又消除了植入式技术的创伤隐患。

在此基础上，我们提出“神经打印机”的前沿技术概念，利用多物理场调控大脑内纳米级离子通道，实现外部信息向大脑的定向“写入”。目前，该技术已在动物实验中实现特定记忆和行为的可控调节，有助于难治性脑疾病干预、人体神经功能重塑。