深圳商报·读创客户端记者 任建新

4月8日，香港中文大学（深圳）生物医学工程校长学勤讲座教授、加拿大工程院，美国国家发明家学院院士李晨钟，在一场学术论坛上分享了其“智能生物芯片与生物光电子”团队研发的“3D隔空构筑脑机接口电极芯片”技术。该技术无需手术即可在体内精准构筑脑机接口电极，实现了脑机接口领域的突破性创新。

香港中文大学（深圳）生物医学工程校长学勤讲座教授、加拿大工程院，美国国家发明家学院院士李晨钟。（受访方供图）

记者了解到，目前，脑机接口根据是否被植入到人脑的灰质中分为三类：侵入式脑机接口、部分侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口，三者各有优劣。

其中，侵入式脑机接口是被植入到人脑的灰质中，获取的神经信号质量高，但容易引发免疫反应和愈伤组织造成获取质量下降，成本高；部分侵入式脑机接口是被植入到颅腔内，但是位于灰质外，获取的神经信号质量较弱，但副作用较小；非侵入式脑机接口是使用类似于脑电图的神经成像术获取信号，虽然比较简单、风险小且成本低，但是信号噪声大，分辨率不高。

能否在不开颅的前提下，实现电极芯片的植入？李晨钟分享了一项“炫酷且具有颠覆性”的突破性技术——“3D隔空构筑脑机接口电极芯片”技术！

据其介绍，该技术核心依托超声隔空打印技术，利用人工智能精准调控声波压力，让对超声有响应的导电水凝胶在体内形成导电电极，无需通过手术植入，从根本上解决了传统脑机接口电极植入创伤大、可控性差等问题。

“跟其他光学系统不同，超声波产生的力可以穿透体内很深的位置，我们通过利用人工智能精准调控系统，可以实现对打印声压的精准调控，以及对打印路径的实时控制。在体内无创注入导电水凝胶后，就能根据需求打印出几百个、上千个微型电极，甚至可以设计成不同的导电结构。依托此技术，我们成功开发了超声隔空打印的颅内皮层脑电（ECoG）电极阵列，以及皮下颅骨表面贴合脑电（EEG）电极阵列，并且成功在大鼠癫痫早期预警模型，以及在猪脑电的测试中应用，我们的技术显示出了无创、力学匹配、生物相容性高的显著优势。并且超声打印电极阵列还具有超声控制的可降解特性，实现了对脑机接口电极从原位制造到降解的全过程超声操纵，这是我们提出的创新性概念以及我们开发超声隔空生物制造的出发点”李晨钟解释道，该技术的关键突破是实现了无创精准构筑，且电极与人体组织兼容性极强，避免了传统金属或半导体电极对大脑神经元的物理损伤。

为验证技术可行性，团队以猪为实验对象取得重大突破。“猪脑的结构大小与人最类似，且基因改造后的猪器官可在人体内存活一周以上，但猪的颅骨厚度是人类的4-5倍，传统脑电采集技术根本无法获得清晰信号。”李晨钟透露，其团队通过超声隔空打印技术，在猪的头皮与颅骨之间打印微型电极。

如何将材料打在头皮以内？李晨钟表示：“很简单，导电水凝胶只需通过微创注射到皮下，然后通过控制超声波的聚焦点和运动路径，就能控制电极的分布。”

电极打印后，猪颅骨是否会阻挡电信号传出？李晨钟表示，电极可打印在皮下贴合颅骨的位置，颅骨虽会干扰电信号且颅内信号强于颅外，但实操中医生不倾向于将材料直接接触神经元，而颅外电极已能满足需求。这种电极制造模式可接受程度更高，预计能将脑机接口器件推向“正常人”的应用，而不仅限于疾病或者瘫痪人群的应用。“我们现在做癫痫相关研究，它的信号很明显，完全能捕捉到，而且通过颅骨外的电极，已成功收集到了猪的α、β、γ、θ波，这以前只能在人体和部分动物身上检测到。”

植入的材料是否会对脑组织造成伤害？对于此类疑问，李晨钟解释道：“任何植入体内的材料都要进行生物兼容性验证——我们的导电水凝胶是具有良好生物相容性的，而且不用的时候，通过调整超声频率或者声压，然后对水凝胶进行扫描，这种水凝胶就可以降解掉，不会在体内留存。”

这一突破背后蕴含着巨大的市场潜力。“目前非接触式脑机接口的电极帽技术，每年市场规模就有20亿到40亿美元，而我们的技术可以替代传统头部脑电采集设备，甚至颠覆现有电极帽市场。”李晨钟表示，除了脑机接口领域，该技术还可广泛应用于军事、医疗等多个领域，例如在眼角膜内打印红外透视材料实现“夜视眼”，在骨折缝隙打印超声响应胶实现快速修复，在肿瘤部位精准调控药物释放等。

“很多人认为脑机接口只是为了帮助残疾人康复，这其实只是初级目标。”李晨钟强调，“脑机接口的终极目标，是研究人到底由什么组成，探索记忆、意识的数字化——如果记忆和意识能被储存、编辑、传递，人类的生活方式、社会结构都将发生颠覆性变化。”

未来，脑机接口技术或将不仅限于“脑机”。李晨钟表示：“将来科技发展的趋势是人机一体化，智能生物芯片不仅能用于大脑，还能应用于骨骼、牙齿、皮肤等身体各个部位。”