三个实验室，三种路径，一个目标：让大脑接口无线化
在2025年11月至12月间发表的论文中，来自 Cornell、Columbia/Stanford/UPenn 和 MIT 的研究团队描述了三种截然不同的无线、微创大脑接口方案。在 Cornell 和 Nanyang Technological University，研究人员展示了 MOTE，这是一种微型光电设备，体积比一粒盐还要小，并在小鼠身上成功记录了超过一年的神经脉冲（neural spikes）。在 Columbia 及其临床合作机构，工程师们揭晓了 BISC，这是一种纸样薄的硅基植入物，集成了数万个电极和一个100兆比特（100-megabit）的无线链路。而在 MIT，科学家们提出了“循环电子器件”（circulatronics）：这种细胞-电子混合体可以通过血流移动，穿过完整的血脑屏障，并在目标部位自动植入，以提供聚焦的电刺激。每个项目都解决了一个不同的瓶颈——尺寸、带宽或手术风险——它们共同展示了在试图将电子设备置于神经元附近时，技术选择是多么多样化。
极度微型化：MOTE
在实验室测试中，该装置被放置在或注射进小鼠的桶状皮层（barrel cortex）中，在一年时间里可靠地记录了单个神经元脉冲和更广泛的突触活动，且产生的疤痕极小。团队在制造过程中应用了原子级薄度的防护涂层，以减缓在大脑流体环境中的腐蚀，并指出该设备的材料可能与 MRI 兼容——这对于未来的临床工作来说是一个极具意义的实际优势。关于 MOTE 的论文发表在 Nature Electronics 上，其重要性在于它证明了在比以前认为可行的规模小得多的情况下，可以进行长期的无线记录。
高带宽、纸薄皮层芯片：BISC 平台
单芯片 BISC 设计包含 65,536 个电极、1,024 个记录通道和超过 16,000 个刺激通道，此外还集成了片上无线电和电源管理。在已发表的测试中，该系统展示了一个中继站，通过速率约为 100 Mbps 的超宽带无线电链路将植入物与外部计算机连接起来，其吞吐量比当今大多数无线脑机接口（BCI）高出几个数量级。这种带宽使得 BISC 在临床神经假体以及将皮层群体活动与机器学习解码器连接方面极具吸引力。该植入物采用成熟的半导体代工工艺制造，团队已经开始了短期的术中人体研究，并剥离出一家初创公司将该设备商业化。
非手术递送：MIT 的循环电子器件（circulatronics）
研究人员在小鼠身上测试了循环电子器件，展示了其对炎症脑区的靶向能力和微米级精度的局部刺激，同时避免了困扰大型植入物的组织损伤和免疫攻击。这项研究发表在 Nature Biotechnology 上，并描绘了一条通往数百万个微型刺激点的非手术路径，这对于治疗局灶性炎症、胶质母细胞瘤或手术难以触及的弥漫性病变具有显而易见的意义。
能量、通信与免疫系统：定义该领域的权衡
比较这三个平台时，其差异可以归结为几个核心的工程权衡。能源和遥测主导了设计：MOTE 使用发射光来获取能量和光输出信号，以受限的数据速率和渗透深度为代价实现了极小的尺寸。BISC 使用片上无线电和外部中继来实现极高的数据吞吐量和集成刺激，但它需要放置在硬脑膜下腔并配备一个可穿戴中继器。循环电子器件通过搭载细胞来运输电子设备，从而完全避开了手术，但这需要复杂的生物工程来控制设备去向以及抵达后的行为。
生物相容性是另一个维度。大脑的体液会腐蚀电子设备并引发免疫反应；各团队采用了不同的对策——MOTE 使用原子层保护涂层，BISC 使用柔性共形衬底，而循环电子器件则使用活体细胞伪装。每种策略都带来了新的不确定性：逃避追踪的微型设备、注射混合体的长期命运，或与成像模式和其他医疗设备之间意想不到的相互作用。
临床路径、商业化与监管障碍
这三个项目都具有明确的转化性，但面临着不同的监管和商业挑战。BISC 对成熟半导体制造的利用及其硬脑膜下手术植入方式，自然地契合现有的植入物监管和神经外科工作流程，这有助于将其推向临床试验。Cornell 的 MOTE 距离人体应用还有很多步：长期的小鼠记录令人鼓舞，但跨越人类头骨厚度扩展光学供电和数据采集仍然是一个技术障碍。从临床角度来看，MIT 的循环电子器件概念是三者中最具颠覆性的——它取消了开颅手术，转而采用注射途径——但它也将吸引最多的监管审查，因为它蓄意穿过血脑屏障并使用活细胞作为运输工具。
商业活动已经在进行中：Columbia/Stanford 的研究人员已经成立了一家公司生产 BISC 研究套件，而 MIT 团队则计划通过一家初创公司开展试验。资金来源包括美国国立卫生研究院（NIH），以及在某些情况下，长期支持高风险神经工程工作的国防来源项目。这种结合加速了研究，但也重新引发了关于强大脑机技术的双重用途（dual-use）和治理的讨论。
伦理、安全以及“无线”对心灵的真正意义
随着植入物变得越来越小，无线链路变得越来越快，伦理问题从手术风险转向了隐私、数据所有权和控制权问题。像 BISC 这样高带宽的设备带来了以高时间及空间分辨率进行记录、解码和刺激的潜力——这些能力引发了棘手的问题：谁可以访问神经数据，数据如何存储和分析，以及如何防止不必要的干扰。像 MOTE 或自动递送的循环电子器件这样的微型植入物，对假设设备在物理上可追踪和可移除的监管框架提出了挑战。研究人员和临床医生强调治疗目标——癫痫控制、瘫痪康复、视觉恢复——但工程师和伦理学家已经在敦促针对安全标准、知情同意和长期随访开展并行研究。
神经接口的多元未来
从这些论文中显现出来的不是单一的赢家，而是一个工具箱。对于某些应用——如高性能假体控制或研究级皮层制图——像 BISC 这样高带宽、晶圆级芯片看起来最有前途。对于微创监测或与类器官（organoids）及小型神经结构交互，MOTE 式的光学微型设备可能会开启以前不可能实现的实验。而对于手术不可行的治疗性神经调节，细胞递送的循环电子器件则提示了一种激进的替代方案。
这些可能性令人兴奋，但将它们转化为安全、公平的临床技术需要多年的工程努力、长期的动物和人体研究、监管工作以及关于可接受用途的公众讨论。因此，大脑植入物的近期未来不是一个单一的微型奇迹，而是一系列不断扩展的权衡，临床医生、监管机构和全社会都必须仔细权衡。
来源
- Nature Electronics (关于 MOTE 和 BISC 的研究论文)
- Nature Biotechnology (关于循环电子器件的研究论文)
- Cornell University (Molnar 实验室, Cornell NanoScale Facility)
- Columbia University School of Engineering and Applied Science (BISC 合作项目)
- MIT Media Lab / Nano‑Cybernetic Biotrek Lab (循环电子器件研究)
- DARPA Neural Engineering System Design 项目
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