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本报(chinatimes.net.cn)记者周南 北京报道
一根比头发丝还细的纤维,植入体内后能像蚯蚓一样缓慢蠕动——这不是科幻电影,而是中国科学院深圳先进技术研究院研究员刘志远在2026中关村论坛年会科技助残论坛上带来的科研成果。
3月27日,由中国残联、北京市政府主办,北京市残联承办的本次论坛以“科技有爱,共创美好世界”为主题。
论坛期间,刘志远发表了题为《柔性植入式神经电极的助残场景转化路径》的主旨演讲,带来了一项名为“神经蠕虫(Neuro Worm)”的柔性纤维电极技术——直径仅196微米,却能搭载60个独立信号通道,微创植入后可在体内动态调整位置,试图解决传统植入式神经电极“一旦植入,就无法调整”的长期痛点。
而该技术的应用场景之一,就是帮助肢残人士更精准地控制假肢,甚至让假肢拥有触觉反馈——像真手一样把感觉传回大脑。
神经蠕虫:让植入式电极“蠕动”起来
刘志远团队研究的核心是“电极”——神经接口的传感元件。通俗地说,神经和肌肉发出的电信号携带着人的动作意图,电极的作用就是读取这些信号,然后用来控制假肢、外骨骼等外部设备。刘志远打了一个形象的比方,“你想跟身体‘聊天’,就需要一个‘麦克风’——电极就是这个麦克风,它需要贴在身体上或者植入身体里面。”
如果残疾人的大脑和脊髓功能完好,只是肢体缺失,那么可以从残存的肌肉中读取神经信号。目前临床上已有骨融合术等技术,将假肢与骨骼直接连接。
但刘志远指出,现有植入式电极有一个长期未解的难题:一旦植入身体,位置就固定了,无法调整。
这意味着,植入式电极的每一个通道,都是精心对准特定神经元的。一旦电极移位或收缩,原本对准的神经元就变了,之前训练好的解码算法就不灵了。这时要么二次手术把电极调回去,要么修改算法去适应新的信号——但无论哪种方式,都会损失一部分信息精度。他举了一个例子:“比如说Neuralink第一例,电极植入后,发生了位置移位和轻微收缩,只能进行二次手术,把算法重新改了,牺牲了一部分信息质量。”他和医生交流时,医生也感叹:如果植入之后还能调控电极的位置,就好了。
此外,传统电极多由硬质材料制成,而人体的肌肉和大脑组织是柔软的。硬质电极植入后,容易引发免疫排斥反应,导致信号质量逐渐下降。这个问题在肌肉内尤其突出——因为肌肉在大幅度运动时会拉伸变形,硬质电极无法适应。
为此,刘志远团队设计了一种全新的解决方案:一根纤维状的柔性电极,植入后可以在外部磁场的控制下缓慢“蠕动”,调整位置——这项技术被命名为“神经蠕虫”。据悉,该技术的灵感部分来源于科幻电影中,外骨骼通过纤维状黑线插到肌肉内读取信号的场景,以及蚯蚓蠕动结构的启发。
“在一根纤维上沿着纤维长度方向实现60个独立通道,而且是柔软可拉伸的。”刘志远表示,传统骨融合术控制假肢只有4个通道,而60个通道意味着能读到更多、更精细的肌肉信号,从而让假肢控制更精准。
这项技术的优势还体现在几个方面。
第一,微创植入。“先穿一根针过来,然后把纤维拴上,往里一拉,出血非常少。”据悉,该电极植入肌肉的微创口在500微米以下,大幅降低了植入过程中的感染风险。
第二,动态可调。电极植入后如果位置不理想,不需要二次手术,可以通过外部磁场控制它缓慢蠕动到目标位置。刘志远团队在大鼠实验中已经验证了这一能力:第0天植入,第1天、第3天、第4天分别调整位置,分别测量不同区域的肌肉信号。
第三,长期稳定。肌肉内植入的一个难点是:肌肉会大幅拉伸,传统电极无法长期适应。刘志远团队在大鼠肌肉内的实验显示,可实现一年半的稳定植入,且免疫反应非常弱。“肌肉里面,因为肌肉是可拉伸的,大家以前没有报道过实现跟肌肉可拉伸的长期相容……我们在国际上率先公布了在肌肉内长期植入的结果。”实验结果表明,该电极在大鼠体内可实现43周以上的高质量生物电信号采集,植入54周后观察,发现排异反应小。
在接受记者采访时,刘志远进一步解释了这项技术的意义:“它在概念上和方法上有一定的突破,我们期望它能后续被真正的产业转化,然后真正地用起来,能改变现有的脑机接口电极的一些范式。”他特别强调了一个关键区分:“柔性不代表柔软,身体的组织都是柔软的,所以柔软的电极界面能带来一些新的变化和性能的提升。”
从实验室到残疾人身边还有多远?
技术再前沿,最终要落到病人身上。刘志远在演讲和采访中反复传递一个朴素的信念:“光发文章、做研究也不行,得有一些成果真正用到病人身上。”
在产业化方面,他透露,团队已经迈出了实质性步伐——成立深圳君柔科技有限公司,计划“量产化,过型检,做IIT,一步一步走”。刘志远给出了明确的时间表:一年内完成研究者发起的临床试验(IIT)——这是新技术走向人体的第一步安全性验证;五年内做多中心临床测试和示范应用。更长远的目标,是探索消费电子领域,“因为国家很重视脑机接口,它肯定不是单纯的医疗器械,要尝试人机交互方式的根本性的一些变化”。记者获悉,其团队已实现小批量量产,并为国内外科研机构供货,同时率先取得了柔性可拉伸电子皮肤的医疗器械注检认证。
在政策层面,刘志远提到了深圳的优势,“深圳会有一些中小平台的尝试,最近也有一些脑机接口的相关政策的推出”,同时“投资环境也有所改善,VC们更敢投了”。
在此基础上,为了让技术更好落地,他也提出两点政策期待。第一,脑机接口是高度交叉的学科,“期待有一些政策,或者是一些平台性的支持,帮助整合相关各方资源”;第二,要支持周期很长的基础研究,“电极跟身体到底是怎么相互作用的,这是非常底层的基础,全世界也没有研究得很好,因为它的研究周期非常长,有些数据只能靠等——只能等植入之后,过了一年两年才会出来。如果机制不清楚,对未来的长期植入是有风险的。”
谈及科技助残的普惠性,刘志远直言,“普惠的路,还有一些路要走。”他期待国内企业能加速迭代,“做得更低成本化,能更稳定一些,让老百姓有更多选择”。
展望科技助残的未来趋势,他看到了三个可能的方向:第一,假肢的触觉反馈与神经接口结合,“让残疾人戴上假肢后,像人手一样能把他的感觉传回大脑”,他表示,学术界已经探索了五到十年,欧洲有公司已在尝试;第二,脑机接口对于截瘫等重症患者的康复和辅助运动,正在展现可见的进展,“随着植入式的或者极微创的植入式的普及化,康复的效果会更好”;第三,外骨骼设备的轻量化和高能量密度电池的突破,“这有助于残疾人普惠,让设备更轻、成本又能下来,未来是有希望的。”
回到“神经蠕虫”技术本身,刘志远抱有信心,“目前,国家对脑机接口是非常重视的。我觉得从政策、执行、金融、人才各方面都具备一定条件,未来有非常大的潜力能把这项技术产业化、落地应用。”
方凤娇 主编:王晓慧