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近日，《Nature Electronics》刊登了斯坦福大学 Andreas Tolias 教授与哥伦比亚大学 Kenneth Shepard 教授团队的重磅成果。他们开发了一种名为 BISC 的单芯片无线脑机接口，将 65,536 个微电极集成在厚度仅为 50 μm 的超薄硅膜上，宛如一张“湿纸巾”贴附于大脑皮层。该系统实现了从供电到数据传输的完全无线化，为下一代高带宽、微创脑机接口（BCI）确立了新的工程标杆。
关键词：脑机接口 (BCI)、CMOS、超柔性电子、无线传输、神经调控
对于渐冻症（ALS）或高位截瘫患者来说，脑机接口（BCI）是他们与世界重建联系的唯一希望。然而，目前的植入式方案面临着严峻的物理瓶颈。
传统的“犹他阵列”（Utah Array）虽然精准，但需要刺入脑组织，长期面临胶质细胞包裹导致的信号衰减风险。像 Neuralink 代表的柔性线极方案虽然减少了损伤，但仍需通过皮下线缆连接到电池和处理器，这些“尾巴”不仅限制了患者的活动范围，还增加了经皮感染的风险。
现有技术面临“三难选择”：
穿刺式（Penetrating）：信号好，但损伤大，长期稳定性差。
皮层表面式（ECoG）：微创，但电极密度低，分辨率不足。
有线连接：传输带宽大，但存在感染通道，设备笨重。
“我们需要一种既能像 ECoG 一样微创贴附，又能像穿刺电极一样高分辨，且完全无线的终极形态。” —— 这一直是神经工程领域的“圣杯”。
这项研究的突破在于系统级芯片（SoC）与柔性封装的极限融合。研究团队创新性地将电极与后端处理集成在一个芯片上，避免了传统“电极+后端处理”的分离架构。
BISC（Brain Interface with Synergistic Co-design）是目前集成度最高的无线 BCI 芯片之一：
极度轻薄：通过背面减薄工艺将硅芯片厚度减至 25 μm（封装后 <50 μm），如“湿纸巾”般柔性，能完美贴合大脑皮层。
超高密度：在 12mm × 12mm 的尺寸上集成了 65,536 个氮化钛（TiN）微电极，形成 256×256 的阵列。
全无线架构：采用电感耦合进行无线供电，并利用超宽带（UWB）技术进行数据回传，彻底消除了经皮线缆。
传统 ECoG 电极是“被动”的，每个信号都需要导线引出，限制了通道数。而 BISC 采用了“有源”设计，每个电极下方集成了放大器和多路复用电路，仅需极少的连线即可读取数万个点位的数据，从而实现“指数级”的通道密度提升。
研究团队在猪和清醒的非人灵长类（NHP）模型上进行了广泛的临床前验证。
1）手术与植入
BISC 的超薄特性使得它可以通过极小的颅骨开孔滑入硬脑膜下（Subdural）。实验表明，芯片能稳定贴附于运动皮层和视觉皮层，且未引起明显的组织炎症或热损伤（功耗控制在 64 mW 以内）。
2）视觉皮层的“波浪”
在视觉皮层实验中，BISC 成功捕捉到了行波（Traveling Waves）——一种在大脑皮层表面传播的复杂神经动态模式。依靠 65,536 个电极的超高时空分辨率，研究人员首次在微米尺度上描绘了这些神经波的传播路径。
图 1. 展示超薄芯片在脑沟回上的贴附状态。
注：由于版权原因，建议读者访问原文查看详细图表。
如果说 Neuralink 走的是“缝纫机”式的精密穿刺路线，那么 BISC 则代表了“贴片”式的微创路线。以下是竞品对比：
Neuralink：1024 通道，穿刺式，损伤风险较高，需机器人手术。优势是单神经元信号质量极佳。
Precision Neuroscience：采用 Layer 7 皮层电极，同样是微创贴片，但目前通道数（~1024）远低于 BISC 的 6.5 万级。
BISC：通道数数量级碾压，且实现全无线（Neuralink 目前仍需皮下植入电池）。
尽管 BISC 在参数上表现亮眼，但 CMOS 芯片在体内的长期封装可靠性仍是最大的挑战。如何解决长期封装中的腐蚀问题，保证产品寿命，是产品化的关键。
从产业转化角度看，BISC 的临床意义相当突出。与传统穿刺式电极不同，它通过贴附式的微创结构实现高通量神经信号采集，在理论上能够覆盖更大面积的皮层区域。这使它在一些功能重建场景中具备潜在优势，例如语言解码、视觉恢复以及复杂运动控制等。
不过，目前这项技术仍处于临床前阶段。论文中的验证主要来自猪和非人灵长类动物实验，研究团队已经证明其在急性和亚慢性植入条件下能够稳定工作，但距离人体临床试验还有一段距离。对于任何植入式脑机接口而言，真正的挑战往往出现在长期植入阶段，因此后续的人体试验将是决定其技术价值的重要一步。
在成本层面，BISC 的制造路径具有一定优势。它基于成熟的 CMOS 半导体工艺，这意味着在规模化生产之后，芯片本身的成本有望逐渐下降。但与此同时，超薄化处理和体内微封装等后端工艺仍然复杂，这些步骤目前仍可能成为制造成本和良率控制的主要挑战。
从商业化路径来看，这类技术往往不会直接进入消费级医疗市场。更现实的路线，通常是先作为高端神经科研工具被实验室和医院采用，用于高分辨率脑信号记录。随着系统稳定性和封装技术逐步成熟，它才有可能进入临床诊断场景，例如癫痫术前定位等应用。更长远来看，如果长期植入的可靠性得到验证，它才可能成为瘫痪患者或渐冻症患者的功能康复植入设备。
需要注意的是，作为有源植入式医疗器械，BISC 在监管层面面临较高门槛。无论是在美国FDA 体系还是其他国家监管框架下，这类设备都属于最高风险等级的三类医疗器械。审批过程不仅漫长，还需要系统性证明其长期生物相容性、热安全性以及可靠性。
第一站：癫痫术前定位的“高分显微镜”
目前临床上金标准是硬膜下条带电极（Subdural Strips），但 BISC 能提供比现有电极高许多倍的分辨率。因此，它最可能首先作为一种短期的、高精度的诊断工具进入手术室，帮助医生精准定位癫痫灶。
第二站：渐冻症患者的“意念键盘”
Neuralink 的穿刺方案虽信号好，但对脑组织的长期损伤风险让许多患者望而却步。BISC 的微创特性使其成为更安全的选择。随着封装寿命突破 1-2 年，它有潜力成为 ALS 患者的首选，提供更便捷的脑控功能。
[1] Jung, T., et al. “A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channels.” Nature Electronics (2025).
DOI: 10.1038/s41928-025-01509-9
[2] Neuralink. “Prime Study Brochure.” (2024).
[3] Musk, E. & Neuralink. “An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels.” Journal of Medical Internet Research (2019).
END
编辑 | 袁艺博
排版 | 张艳青
审核 | 医工学人理事会
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