給大腦做無(wú)創(chuàng)B超！光電腦機(jī)接口，探測(cè)大腦深層“密碼”
來(lái)源： 紫牛新聞
2026-07-14 18:01:00
7月1日，馬斯克的Neuralink宣布完成了全球首例經(jīng)硬腦膜植入腦機(jī)接口手術(shù)，將切開(kāi)硬腦膜的步驟完全刪除，轉(zhuǎn)而將電極絲直接穿透硬腦膜，植入大腦本身，以降低手術(shù)創(chuàng)傷、縮短恢復(fù)時(shí)間，為未來(lái)更大規(guī)模開(kāi)展臨床應(yīng)用創(chuàng)造條件。
張雅超研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)儀器最新的結(jié)果，無(wú)需造影劑，可以清晰看到神經(jīng)活動(dòng)成像
在江蘇，中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所（中國(guó)科學(xué)院蘇州醫(yī)工所）的科研團(tuán)隊(duì)走出了一條區(qū)別于主流侵入式腦機(jī)的全新技術(shù)路徑——依托光學(xué)與超聲交叉技術(shù)，不用開(kāi)顱、無(wú)需植入芯片，像做腦部B超一樣，輕輕貼一個(gè)探頭、涂一層醫(yī)用凝膠，就能看清大腦深層信號(hào)、監(jiān)測(cè)神經(jīng)活動(dòng)、輔助腦病康復(fù)評(píng)估。
“很多人覺(jué)得腦機(jī)接口離不開(kāi)植入芯片，我們換了一種思路，用光和聲音讀懂大腦?！眻F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張雅超研究員對(duì)揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾呓忉尩?，傳統(tǒng)核磁、CT檢測(cè)大腦各有短板：核磁設(shè)備笨重、檢測(cè)耗時(shí)，體內(nèi)有金屬植入物的患者無(wú)法適配；CT存在輻射，不適合反復(fù)多次篩查。而團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超聲和光聲腦機(jī)技術(shù)，核心原理十分通俗，就是給大腦做無(wú)創(chuàng)B超，搭配光學(xué)激發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙重精準(zhǔn)探測(cè)。
整套技術(shù)無(wú)需破皮、無(wú)需手術(shù)，操作和醫(yī)院常規(guī)B超幾乎一致。工作人員只需在頭部涂抹少量醫(yī)用凝膠，將集成光纖與超聲探頭的設(shè)備輕貼頭皮即可。核心創(chuàng)新在于，既保留了超聲成像的優(yōu)勢(shì)，設(shè)備還會(huì)向腦部發(fā)射特殊光束，光線(xiàn)與腦部紅細(xì)胞相互作用，自主激發(fā)產(chǎn)生超聲信號(hào)，再通過(guò)探頭精準(zhǔn)捕捉信號(hào)變化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦深層區(qū)域雙模態(tài)信號(hào)讀取與狀態(tài)解析。
張雅超研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)儀器最新的結(jié)果，無(wú)需造影劑，可以清晰看到3D血管網(wǎng)絡(luò)
這套看似簡(jiǎn)單的操作，背后是多年攻堅(jiān)克難的科研硬實(shí)力。顱骨是橫亙?cè)跓o(wú)創(chuàng)腦機(jī)領(lǐng)域的核心難題，顱骨質(zhì)地致密、含鈣量高，會(huì)嚴(yán)重散射光線(xiàn)、畸變聲波，導(dǎo)致信號(hào)失真、探測(cè)不準(zhǔn)，這也是全球無(wú)創(chuàng)腦科學(xué)研究的共同瓶頸?！熬拖裆硥m暴里透光、傳聲，原本筆直的光路、聲波路徑被打亂，根本無(wú)法精準(zhǔn)定位腦部信號(hào)。”張雅超說(shuō)。
為突破這一技術(shù)壁壘，團(tuán)隊(duì)摸索出三條互補(bǔ)的攻堅(jiān)路徑，層層破解顱骨干擾難題。首先是化學(xué)優(yōu)化法，依托成熟安全的試劑原理，如EDTA和食品級(jí)檸檬黃，通過(guò)合規(guī)藥劑劑量?jī)?yōu)化頭皮和顱骨透光、透聲性能，減少信號(hào)散射畸變。其次是算法校正法，依托自主研發(fā)的硬件與數(shù)學(xué)模型，精準(zhǔn)校準(zhǔn)畸變信號(hào)，修正光路、聲波偏差，還原大腦真實(shí)活動(dòng)數(shù)據(jù)。最后是材料替換法，針對(duì)車(chē)禍、腦腫瘤等需要顱骨切除修復(fù)的臨床場(chǎng)景，研發(fā)高生物兼容、透光透聲的新型替換材料，從根源解決顱骨探測(cè)壁壘。
目前，團(tuán)隊(duì)已在嚙齒類(lèi)動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)血紅蛋白濃度、血氧飽和度、血管網(wǎng)絡(luò)分布及神經(jīng)活動(dòng)的同步成像，有效突破了傳統(tǒng)成像技術(shù)需要在不同設(shè)備間切換并反復(fù)調(diào)整動(dòng)物位置的瓶頸。相關(guān)前期技術(shù)積累為多模態(tài)腦功能成像與血腦屏障精準(zhǔn)調(diào)控研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并支撐團(tuán)隊(duì)獲批江蘇省重點(diǎn)項(xiàng)目——江蘇省前沿技術(shù)研發(fā)計(jì)劃“無(wú)創(chuàng)血腦屏障精細(xì)調(diào)控及長(zhǎng)時(shí)程超分辨成像監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)”。
深耕過(guò)程中，張雅超團(tuán)隊(duì)也曾遭遇無(wú)數(shù)次瓶頸與挫敗。如一項(xiàng)核心器件的研發(fā)，一位學(xué)生從讀博第一年啟動(dòng)攻關(guān)，耗時(shí)近兩年，反復(fù)迭代20余個(gè)版本，始終無(wú)法達(dá)到理想效果。每一步操作看似規(guī)范無(wú)誤，但最終成品始終存在隱性誤差，問(wèn)題點(diǎn)位難以排查。張雅超沒(méi)有放棄，他一方面堅(jiān)信技術(shù)可行，一方面帶領(lǐng)學(xué)生從零復(fù)盤(pán)，摒棄固有思路，拆解十幾步操作流程，逐步驟排查、逐環(huán)節(jié)校驗(yàn)，一點(diǎn)點(diǎn)鎖定隱性誤差源頭。日復(fù)一日地反復(fù)試驗(yàn)、打磨優(yōu)化，最終成功攻克器件難題，啃下了這塊硬骨頭?！翱蒲袥](méi)有捷徑，很多時(shí)候不是原理不通，就是細(xì)節(jié)失誤，堅(jiān)持復(fù)盤(pán)、死磕細(xì)節(jié)，就一定能突破?！睆堁懦f(shuō)，這是團(tuán)隊(duì)深耕多年的科研信念。
談及落地應(yīng)用，張雅超表示，康復(fù)評(píng)估將是技術(shù)首個(gè)落地場(chǎng)景。以往腦卒中、腦損傷患者的康復(fù)效果，只能依靠主觀(guān)或者量表評(píng)判，無(wú)法精準(zhǔn)判斷腦部神經(jīng)環(huán)路的恢復(fù)情況，且核磁、CT無(wú)法頻繁復(fù)查，既昂貴又有輻射顧慮。而該無(wú)創(chuàng)技術(shù)便攜、安全、無(wú)輻射，可在開(kāi)放環(huán)境下反復(fù)檢測(cè)，精準(zhǔn)捕捉腦部神經(jīng)活動(dòng)變化，量化康復(fù)進(jìn)度，為患者個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)。
未來(lái)，張雅超團(tuán)隊(duì)還將把技術(shù)延伸至抑郁癥、睡眠障礙等常見(jiàn)腦疾病的診療中。通過(guò)精準(zhǔn)定位異?；钴S腦區(qū)，利用超聲無(wú)創(chuàng)調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)，精準(zhǔn)干預(yù)病灶區(qū)域，實(shí)現(xiàn)從“檢測(cè)評(píng)估”到“輔助治療”的進(jìn)階升級(jí)。同時(shí)團(tuán)隊(duì)將研發(fā)頭戴式便攜設(shè)備，計(jì)劃開(kāi)展200例臨床試驗(yàn)，讓這項(xiàng)前沿技術(shù)真正走出實(shí)驗(yàn)室、服務(wù)臨床。揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾?徐兢
校對(duì) 陶善工