給大腦做無創(chuàng)B超！光電腦機接口，探測大腦深層“密碼”
來源： 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)硬腦膜植入腦機接口手術，將切開硬腦膜的步驟完全刪除，轉而將電極絲直接穿透硬腦膜，植入大腦本身，以降低手術創(chuàng)傷、縮短恢復時間，為未來更大規(guī)模開展臨床應用創(chuàng)造條件。
張雅超研究員團隊研發(fā)儀器最新的結果，無需造影劑，可以清晰看到神經(jīng)活動成像
在江蘇，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所（中國科學院蘇州醫(yī)工所）的科研團隊走出了一條區(qū)別于主流侵入式腦機的全新技術路徑——依托光學與超聲交叉技術，不用開顱、無需植入芯片，像做腦部B超一樣，輕輕貼一個探頭、涂一層醫(yī)用凝膠，就能看清大腦深層信號、監(jiān)測神經(jīng)活動、輔助腦病康復評估。
“很多人覺得腦機接口離不開植入芯片，我們換了一種思路，用光和聲音讀懂大腦?！眻F隊負責人張雅超研究員對揚子晚報/紫牛新聞記者解釋道，傳統(tǒng)核磁、CT檢測大腦各有短板：核磁設備笨重、檢測耗時，體內有金屬植入物的患者無法適配；CT存在輻射，不適合反復多次篩查。而團隊研發(fā)的超聲和光聲腦機技術，核心原理十分通俗，就是給大腦做無創(chuàng)B超，搭配光學激發(fā)技術，實現(xiàn)雙重精準探測。
整套技術無需破皮、無需手術，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，設備還會向腦部發(fā)射特殊光束，光線與腦部紅細胞相互作用，自主激發(fā)產生超聲信號，再通過探頭精準捕捉信號變化，最終實現(xiàn)對大腦深層區(qū)域雙模態(tài)信號讀取與狀態(tài)解析。
張雅超研究員團隊研發(fā)儀器最新的結果，無需造影劑，可以清晰看到3D血管網(wǎng)絡
這套看似簡單的操作，背后是多年攻堅克難的科研硬實力。顱骨是橫亙在無創(chuàng)腦機領域的核心難題，顱骨質地致密、含鈣量高，會嚴重散射光線、畸變聲波，導致信號失真、探測不準，這也是全球無創(chuàng)腦科學研究的共同瓶頸?！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，根本無法精準定位腦部信號?！睆堁懦f。
為突破這一技術壁壘，團隊摸索出三條互補的攻堅路徑，層層破解顱骨干擾難題。首先是化學優(yōu)化法，依托成熟安全的試劑原理，如EDTA和食品級檸檬黃，通過合規(guī)藥劑劑量優(yōu)化頭皮和顱骨透光、透聲性能，減少信號散射畸變。其次是算法校正法，依托自主研發(fā)的硬件與數(shù)學模型，精準校準畸變信號，修正光路、聲波偏差，還原大腦真實活動數(shù)據(jù)。最后是材料替換法，針對車禍、腦腫瘤等需要顱骨切除修復的臨床場景，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壁壘。
目前，團隊已在嚙齒類動物中實現(xiàn)血紅蛋白濃度、血氧飽和度、血管網(wǎng)絡分布及神經(jīng)活動的同步成像，有效突破了傳統(tǒng)成像技術需要在不同設備間切換并反復調整動物位置的瓶頸。相關前期技術積累為多模態(tài)腦功能成像與血腦屏障精準調控研究奠定了堅實基礎，并支撐團隊獲批江蘇省重點項目——江蘇省前沿技術研發(fā)計劃“無創(chuàng)血腦屏障精細調控及長時程超分辨成像監(jiān)測技術研發(fā)”。
深耕過程中，張雅超團隊也曾遭遇無數(shù)次瓶頸與挫敗。如一項核心器件的研發(fā)，一位學生從讀博第一年啟動攻關，耗時近兩年，反復迭代20余個版本，始終無法達到理想效果。每一步操作看似規(guī)范無誤，但最終成品始終存在隱性誤差，問題點位難以排查。張雅超沒有放棄，他一方面堅信技術可行，一方面帶領學生從零復盤，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，一點點鎖定隱性誤差源頭。日復一日地反復試驗、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]有捷徑，很多時候不是原理不通，就是細節(jié)失誤，堅持復盤、死磕細節(jié)，就一定能突破?！睆堁懦f，這是團隊深耕多年的科研信念。
談及落地應用，張雅超表示，康復評估將是技術首個落地場景。以往腦卒中、腦損傷患者的康復效果，只能依靠主觀或者量表評判，無法精準判斷腦部神經(jīng)環(huán)路的恢復情況，且核磁、CT無法頻繁復查，既昂貴又有輻射顧慮。而該無創(chuàng)技術便攜、安全、無輻射，可在開放環(huán)境下反復檢測，精準捕捉腦部神經(jīng)活動變化，量化康復進度，為患者個性化康復訓練提供科學依據(jù)。
未來，張雅超團隊還將把技術延伸至抑郁癥、睡眠障礙等常見腦疾病的診療中。通過精準定位異常活躍腦區(qū)，利用超聲無創(chuàng)調控神經(jīng)元活動，精準干預病灶區(qū)域，實現(xiàn)從“檢測評估”到“輔助治療”的進階升級。同時團隊將研發(fā)頭戴式便攜設備，計劃開展200例臨床試驗，讓這項前沿技術真正走出實驗室、服務臨床。揚子晚報/紫牛新聞記者 徐兢
校對 陶善工