“人和机器的融合才是真正的人工智能。因此，生物智能与脑机接口技术作为人工智能最关键的核心技术，将重塑未来产业形态、科学范式和社会结构。值得科学界、产业界，包括国家战略层面的高度关注和投入。”近日，中国科学院院士郑海荣在科技创新院士报告厅第15期的演讲中表达了对生物智能和脑机接口技术的高度关注和期待。该活动由深圳创新发展研究院、中关村产业转型升级研究院、深圳企联等机构共同主办。

中国科学院院士郑海荣发表演讲。

以下内容根据郑海荣院士演讲记录整理，经演讲者审定：

自从互联网诞生以来，持续生成了海量数据。个体通过朋友圈、微信、小红书、抖音等社交媒体平台，普遍成为了信息的创造者。然而，信息量的激增本身并非关键，新时代的核心在于如何将这些数据转化为生产资料。当数据作为生产资料，结合相应的生产关系如人工智能大模型技术，便能催生新的生产力。因此，人工智能时代的本质，即数据升华为生产力。

图1  人工智能对人类社会的影响。参考郑永年《人工智能时代的社会秩序》

  如今，我们终于迎来了人工智能爆发的“天时地利人和”：算力的突破、大数据的积累、算法的革新，特别是Transformer架构带来的注意力机制革命，使得生成式人工智能如ChatGPT、DeepSeek等展现出惊人的创造力。

技术的变革也在重塑全球产业格局。就像英特尔被英伟达超越、诺基亚被智能手机取代一样，人工智能正在创造新的产业赛道。中国必须抓住新质生产力的发展机遇，DeepSeek等创新成果的出现，让我们看到了中国科技突破的可能。但与此同时，我们也要认识到人工智能带来的深层社会变革：数据成为新的生产资料，算法可能形成新的垄断，社会分层可能加剧。

特别是在医疗健康领域，医疗数据的多源性、海量性、多样性、实时性及大规模性，为AI技术提供了广阔的应用场景。而当前医疗体系面临双重挑战：一方面需要突破经验医学的固有局限，另一方面亟待实现传统医学的现代化转型，构建更加智能化的诊疗系统。

图2   人工智能带动生物医学技术变革

一、未来人类掌控人工智能最高形态的抓手——脑机接口

什么是脑机接口？我想给大家一个更生动的理解：科幻电影其实是人类智慧的延伸。比如在《阿凡达》中通过意念驾驭飞龙的场景，这不就是最理想的自动驾驶吗？阿凡达的想法直接进入飞龙的大脑控制它。这就是脑机接口的本质，通过读取“大脑神经信号”并写入“反馈指令”以实现控制的核心原理。

图3  脑机接口定义

传统脑机接口（Brain Computer Interface，BCI），构建了大脑与计算系统之间的交互范式。现代智能终端，像智能手机内置的处理器构成微型计算单元，通过触控、语音等有线通道实现人机交互已初步具备传统脑机接口特征，然而当前交互维度仍显匮乏，主要局限于运动指令（如手势操作）或声学信号（语音输入）等初级模式。脑机接口的本质应被重新定义为脑机智能（Brain-Computer Intelligence）交互系统，其核心在于智能维度的对接。

从研究路径来看，当前的脑机接口研究主要聚焦两个维度：首先是医疗应用领域，这源于临床需求的紧迫性。针对中风后运动功能障碍、失明等神经系统疾病患者，通过植入式神经接口实现功能代偿已成为最具现实意义的研究方向。其次是基础认知研究维度，人类对大脑这一“生物宇宙”的认知仍处于初级阶段。解析大脑这个由860亿神经元构成的复杂系统，需要脑机接口技术作为关键的观测和交互工具，其终极目标是建立生物神经系统与物理计算系统之间的无缝连接，这不仅是技术突破，更是人类认识自我的重要途径。

图4  脑机接口—经济与社会价值

在医疗健康领域，脑机接口技术展现出十分广阔的应用前景，以神经康复为例，杭州强脑科技（六小龙之一）研发的神经假肢系统已实现重大突破——通过非侵入式电极阵列和神经电识别智能模型，上肢截肢患者能够精准控制机械臂完成弹钢琴、书法等动作。这印证了脑机接口技术在运动功能重建、视觉修复、认知增强和情绪调节等方面的巨大潜力。

目前主要存在三种实现脑机接口的范式：侵入式脑机接口、半侵入式接口以及非侵入式接口。

（一）侵入式脑机接口

大脑跟其他器官不同，它被坚硬的颅骨所包裹，侵入式脑机接口通过外科手术将微型电极或传感器穿透颅骨、硬脑膜，并植入脑实质（如大脑皮层或深部核团），直接记录单个神经元（或神经元集群）的电活动信号。就像马斯克Neuralink展示的那样，这种高密度电极阵列可以精确捕捉到“你想喝水”还是“想说话”这样的高级认知活动信号。

侵入式脑机接口技术已展现出显著的应用价值。最基础的临床应用是运动功能重建——通过植入神经芯片，脊髓损伤患者能够重新控制肢体，截肢者可以操作机械假肢完成精细动作。Neuralink最新展示的案例，这项技术正在帮助行动障碍患者重获生活能力。

图5  侵入式脑机接口

但这项技术的潜力远不止于此，脑机接口技术的发展确实正在将科幻场景逐步变为现实。例如，入侵式脑机接口通过高密度微电极来“读取”大脑信号，解读渐冻症患者的大脑信号，像霍金一样在椅子上坐着动动眼睛就可以把他的想法翻译出来，还可以做演讲。还有“写入”，如何将外部信息直接输入大脑，就像激光打印机一样，把外部存储的数据直接输入到大脑里去。如果这项技术成熟了，教育范式将发生革命性变革——传统的记忆性学习可能被神经可塑性训练取代，学生不再需要死记硬背，而是通过神经接口直接获取知识。这将对“传道授业解惑”的教育本质产生深远影响，使学习过程更注重思维能力的培养而非知识的机械积累。

（二）半侵入式脑机接口

半侵入式脑机接口是通过微创手术将电极或传感器植入颅腔内（如硬脑膜外或硬脑膜下），但不穿透脑组织。这项技术相较于侵入式技术，其侵入性较低；相比非侵入式技术，信号分辨率更高。

图6  侵入式脑机接口 

目前，清华大学洪波教授团队与天坛医院合作的项目就是典型代表，他们研发的电极系统与脑皮层保持适当距离，既提高了信号质量又降低了风险。这种“若即若离”的技术路线展现了东方智慧，不同应用场景需要差异化的解决方案。博睿康医疗科技与清华大学洪波教授合作研发脑机接口产品NEO，约两枚硬币大小，采用近场无线供电和无线传输信号，体内无需电池，终身可用。至今已完成三例植入手术，患者术后可通过BCI控制光标、轮椅，驱动气动手套实现自主喝水等脑控功能，抓握解码准确率超过90%。

国际上，Precision Neuroscience公司创新性地将电极阵列植入大脑血管系统，利用人体天然的血管通道接近神经活动区域；澳大利亚Synchron公司则开发了可永久植入的血管内传感器，这种设计与血管支架类似但功能更为复杂，不仅能监测血流还能采集神经信号。

（三）非侵入脑机接口

与需要穿透颅骨的侵入式方案不同，这种技术通过物理场效应——包括光学、声学、磁学、电化学等多模态传感手段，实现“隔空取物”般的神经信号采集。通过穿戴式设备（如头戴电极帽、近红外传感器等），从头皮表面或颅外检测脑电波（如EEG）、血氧变化（如fNIRS）或磁场信号（如MEG），间接获取大脑活动信息，因其无需穿透皮肤或颅骨，安全性最高，但信号易受噪声干扰。

在应用层面，国际上美国卡耐基梅隆大学贺斌团队2013年利用无创脑机接口技术，实现了意念控制无人机飞行并跨越障碍。2019年首款无创脑控机器人手臂；NeuroLutions公司的IpsiHand上肢康复系统于2021年4月获得FDA突破性医疗设备认证，是第一个FDA批准用于康复的脑机接口设备。

图7  非侵入式脑机接口 

国内，像杭州强脑科技开发的高精度脑电算法，实现了无创神经信号实时解码精准控制，他们的产品覆盖了科研、医疗与消费市场，赋能教育、健康监测与智能假肢控制，打造了消费级脑机交互新场景。

（四）脑机接口技术与应用挑战

虽然，国内多个科研团队宣布脑机接口进入临床阶段，能够帮助患者重建肢体运动功能，并取得了积极进展，但当前的脑机接口仍以科学研究为主，要将脑机接口技术转化为安全、有效且可推广的临床诊疗方案，仍需克服重大技术挑战，并经历严格的临床验证过程，确保其对广泛患者群体的适用性和安全性。

图8  脑机接口技术与应用挑战

 国际上，最受瞩目的埃隆·马斯克创立的Neuralink公司，在侵入式脑机接口的临床推进方面较为领先，然而，侵入式脑机接口是有创的，电极使用寿命有限，并且只能解读电极所接触脑区的信号。

人类大脑经过300万年进化形成的精密防御系统，会本能地排斥外来植入物，导致电极性能随时间显著下降甚至失效。侵入式脑机接口技术面临的核心挑战在于生物相容性。而我们追求的理想状态是：既不破坏这精妙的生物系统，又能与其进行高效“对话”。

因此，开发无需开颅手术、具有更高生物安全性的非侵入式脑机接口技术，通过外部设备解读和翻译神经信号以实现控制，是目前重要的研究方向和理想目标。

图9  理想需求：无创脑信息读写 

二、脑际通讯是生命体间信息自由链接的终极梦想

真正的人工智能是人脑生物智能，生物智能是最高级的智能，生物智能控制整个世界，脑和脑之间的交互，无创无损，本质上是一种脑和脑之间的传输通信，生命体之间的信息自由连接的终极载体。

未来研究大脑其实是一种科学的枢纽。近期，我们做了不少关于脑科学的研究，其中利用功能磁共振成像（fMRI）解码大脑的高级认知活动。传统的医学影像，主要用于观察脑部血管状态或筛查病变，但我们的目标更进一步：利用功能磁共振成像（fMRI）数据解码参与者大脑中所想的故事或图像，尝试“翻译”大脑的思维内容。设想一下未来通过扫描大脑，就能推演出你童年看过的某部电影的场景或情感印记。

图10   功能性磁共振解码应用  引自Nature、Nature Neuroscience 

因此，我们依托深圳市的国家平台：医学成像科学与技术系统全国重点实验室、国家高性能医疗器械创新中心，正在发展一项新的技术——神经电成像技术，我们的目标不仅是提升诊疗水平，更在于深入地研究脑世界与人类未来的智慧。

无创超声脑功能成像——利用超声作为关键的工具，从单个神经元到全脑功能进行研究，让原本“看不见”的神经电活动变得可视化，清晰呈现大脑皮层血管网络后的神经活动、皮层柱结构及深部核团连接，解读大脑活动信息，理解思维内容。

利用超声波精准调控神经系统功能，例如声遗传学—视觉调控，调控视神经，将其作为“眼睛脑机接口”；

超声神经调控—体温调节,调控体温，实现类似冬眠的状态，为星际旅行提供解决方案——“睡一觉就到火星”。

基于此，我们提出原创思想——脑际通讯，是脑与脑之间的通讯，所有人工智能模型最终都应服务于大脑，这项技术的核心在于神经活动的信息编码、成像与写入。

图11   原创思想:脑际通讯 

（一）脑信息生物成像

我们最近在观察研究的神经活动与血管系统的动态关系，比如在癫痫发作时，可以观察到剧烈的电活动，此时我们特别关注周围脑血管的供血如何实时变化，以及血流与神经活动之间究竟存在怎样的关系。关于老年痴呆（阿尔茨海默病）的根源，人们通常认为这纯粹是神经元的问题，恐怕不一定是正确的。老年痴呆很有可能是血管的问题，具体来说，可能是由于血管渗透性改变等原因，导致营养物质无法有效输送到神经元周围，致使这些神经元被“饿死了”，进而引发认知障碍。

回顾过去，大量针对老年痴呆的药物研发投入了巨额经费和漫长的时间却收效甚微，其根本原因或许就在于机制没找对——如果只盯着神经元本身，却忽视了“营养进不去”这个关键环节，未必能获得理想的治疗效果。

图12  全脑皮层神经血管耦联光声/荧光成像技术

 我们在全脑的成像，这里展示的是一个更大视野的动态图像，呈现了全脑皮层的神经血管荧光成像，这已经超越了传统“医学成像”的范畴，它实质上构成了发展脑机接口的一项基础性技术，因为一旦我们理解了血流的动力学特征与神经元活动的耦合机制，理论上就能够结合大模型，通过对这些模式的解读来推测大脑的思维状态。

（2）脑活动神经调控

 图13   声场调制与超声神经调控 

从“理解大脑”到“控制大脑”，我们利用超声波实现无创神经调控：用超声波去控制神经元放电，能够跨过颅骨控制大脑神经的活动。就像为大脑安装了一套“生物打印机”，可以实时“打印”神经指令，让实验鼠完全按照预设路径行走。这些突破使得我们能够像“遥控器切换电视频道”一样，用超声波精确切换不同脑区的激活模式，为帕金森病、抑郁症等神经疾病的治疗开辟全新路径。

三、下一代脑机接口技术发展趋势

脑机接口技术的突破不仅依赖于新型电极材料和器件的开发，更需要对于跨尺度神经生物学的深入理解、复杂神经信息的精准解码与翻译技术和高效、安全的无创神经调控写入技术的发展。脑机接口技术的突破性应用会率先在医疗康复领域实现。例如，通过视觉皮层进行光敏感神经编码刺激，让盲人直接生成视觉信号；听障者可通过听神经靶向调控重获声音感知；等等。

图14   下一代脑机接口技术发展趋势 引自Nature Electronics  

脑机接口技术的发展引发医疗革新，推动医疗器械的发展，突破物理极限、计算极限、应用极限。以医疗机器人为例，当前医院应用寥寥无几，根本原因在于现有机器人还停留在“机械手”阶段——即便能完成剥葡萄皮、缝鸡蛋壳等高精度操作，但缺乏视觉、触觉和智能决策能力，本质上仍是“机器”而非“机器人”。因此，真正的医疗机器人最终应该是智慧的机器人，集计算机视觉、触觉反馈、医学图像分析、导航、精密操控、机器学习、远程控制、人工智能等技术于一身的，这样的智能机器人才能胜任骨科、腔镜、血管介入、靶向穿刺等复杂手术，解决医生在术中的定位困惑，避免误伤血管等风险。从辅助到协同，实现自主化的突破，否则永远都是机器，离不开人。

图15   AI赋能医疗机器人：突破精细操作的极限

 这种变革也要求我们反思现有的科研和教育体系。在工业时代，细分专业是为适应就业需求；但在智能时代，机器已取代大量熟练工作，过细的专业划分反而成为创新的桎梏。所以我认为教育还是要打破学科的界限，因为创新本身并没有学科的限制，牛顿、爱因斯坦的突破都源于跨界的思维碰撞。

四、人脑智能融合：AI发展的终极图景

图16   未来AI：数据智能 → 物理智能 → 生物智能

 展望未来，人工智能的发展将沿 “数据智能→物理智能→生物智能”路径演进。

当前我们正处于第一个阶段数据智能时代，将数据作为新型生产资料，借助模型的强大能力，能够完成以往难以想象的创作和分析工作。计算机处理海量数据的能力解放了人力，使复杂的中长期分析成为可能，这已经为我们带来了巨大的生产力提升。

人工智能的第二阶段是物理智能，我们世界都是物理的，人工智能将与实体世界深度融合，通过与汽车、机器人结合等物理设备的融合，形成一个真正响应人类指令的智能物理网络。

第三阶段是生物智能，通过脑机接口实现人机融合，打破生物与物理世界的界限，让人类大脑能够跟物理世界联通交互、与他人交互。正如图灵所预见的那样，人和机器的融合才是真正的人工智能。因此，生物智能与脑机接口技术作为人工智能最关键的核心技术，将重塑未来产业形态、科学范式和社会结构。值得科学界、产业界，包括国家战略层面的高度关注和投入。

（整理者：林美丹。本期活动还邀请到了深圳市电子学会、深圳市人工智能行业协会，深圳市大数据产业协会、深圳数据交易所有限公司、深圳市微波通信技术应用行业协会等机构共同举办。）