這項突破性技術(shù)通過一塊紙片薄的單芯片，即可在大腦和外部設(shè)備之間建立無線、高帶寬連接，有望徹底改變神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療方式。

▲ 圖源：《Nature Electronics》

一、BISC怎么做到更小、更強、更安全？

提及腦機接口，大眾的第一印象往往是"開顱植入"的高風險手術(shù)。

傳統(tǒng)侵入式腦機接口包含放大器、電源管理電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等元件，所以需要將體積龐大的"電子罐"植入顱內(nèi)，甚至切除部分顱骨。不僅手術(shù)創(chuàng)傷大、感染風險高，術(shù)后組織排異反應還會導致信號穩(wěn)定性逐年下降。

而BISC的出現(xiàn)，徹底重構(gòu)了腦機接口的硬件形態(tài)與系統(tǒng)架構(gòu)，其「植入體+中繼站+軟件棧/指令集」的全鏈路解決方案，精準破解傳統(tǒng)痛點。

▲ 圖源：哥倫比亞大學

1、植入體

這款單芯片植入體負責直接采集腦電信號并接收外部指令，其采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝，將65536個電極、1024個同步記錄通道、無線收發(fā)器及供電電路，全部集成在一塊體積僅3mm3、厚度僅50μm的柔性硅芯片上。

c, Mechanical flexibility of the BISC implant.  d, Layout of the BISC implant.

▲ 圖源：論文截圖

更關(guān)鍵的是其創(chuàng)新植入方式——無需開顱，醫(yī)生只需在顱骨上做一個微創(chuàng)切口，就能將芯片像"濕紙巾"一樣滑入大腦與顱骨之間的硬膜下腔，自然貼合大腦表面。

這種設(shè)計不僅大幅度降低手術(shù)創(chuàng)傷，還采用氮化鈦（TiN）作為電極材料，減少了腦組織的免疫排異反應，在非人靈長類動物實驗中實現(xiàn)了長達兩個月的穩(wěn)定信號記錄。

2、中繼站

數(shù)據(jù)傳輸能力的躍升更是BISC的核心優(yōu)勢，這背后離不開可穿戴中繼站的技術(shù)支撐，它承擔著"無線充電+數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)"的雙重核心功能。

中繼站搭載的超寬帶無線鏈路實現(xiàn)了100Mbps的傳輸速率，數(shù)據(jù)吞吐量是現(xiàn)有同類無線設(shè)備的100倍以上。這意味著大腦神經(jīng)信號能高速傳輸至外部計算機，以往因信號延遲、失真導致的"意念指令跟不上動作"問題，得到根本性解決。

g, Three-dimensional diagram of the headstage.

▲ 圖源：論文截圖

3、軟件棧/指令集

如果說植入體和中繼站是BISC的"手腳"，那么定制軟件棧與專屬指令集就是整個系統(tǒng)的"大腦中樞"。

這套軟件能對接AI解碼模型，快速處理海量神經(jīng)數(shù)據(jù)，同時提供可視化操作界面，醫(yī)生可根據(jù)患者病情靈活調(diào)整電極采樣通道、刺激參數(shù)等，實現(xiàn)個性化治療方案。

這種軟硬件協(xié)同的設(shè)計，讓BISC從單一的信號采集設(shè)備，升級為兼具監(jiān)測、解碼的一體化醫(yī)療系統(tǒng)，徹底改變了傳統(tǒng)腦機接口功能單一、適配性差的現(xiàn)狀。

二、臨床價值落地：從癲癇病灶定位到失明視覺重建

BISC有望用于治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括癲癇、脊髓損傷、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS/俗稱漸凍癥）、中風和失明等。

◆在癲癇治療領(lǐng)域，傳統(tǒng)腦電圖（EEG）難以定位深層病灶，而BISC的65536個電極能像"神經(jīng)顯微鏡"一樣，捕捉大腦皮層的細微電活動，精準鎖定癲癇發(fā)作的起源點。

未來有望通過實時監(jiān)測優(yōu)化病灶定位，徹底改變癲癇治療的被動局面。

◆更令人振奮的是其在功能重建領(lǐng)域的潛力。比如對于因脊髓損傷導致的癱瘓患者，BISC可通過解碼運動皮層信號，將"意念"轉(zhuǎn)化為外骨骼、輪椅的控制指令。

◆在視覺重建方面，BISC展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。其電極陣列可貼合視覺皮層表面，將外部攝像頭捕捉的圖像轉(zhuǎn)化為特定頻率的電刺激信號，直接激活視覺皮層神經(jīng)元。

在非人靈長類動物實驗中，植入BISC的動物（獼猴）能通過皮層刺激識別簡單圖形，這為失明患者重建基礎(chǔ)視覺感知帶來希望。

三、產(chǎn)業(yè)化加速：半導體工藝賦能

BISC的快速推進離不開半導體技術(shù)的加持，依托成熟的CMOS大規(guī)模制造工藝，可實現(xiàn)BISC芯片的批量生產(chǎn)。

2025年，哥倫比亞大學與斯坦福大學聯(lián)合成立Kampto Neurotech公司，正在開發(fā)用于臨床前研究的商業(yè)化芯片，并籌集資金以推進該系統(tǒng)應用于人體。

不過，BISC的臨床落地仍需突破多重挑戰(zhàn)。長期生物相容性方面，盡管動物實驗顯示其可穩(wěn)定工作兩個月，但人類大腦的復雜環(huán)境可能導致電極性能衰減，需要進一步優(yōu)化封裝材料。

此外，神經(jīng)數(shù)據(jù)的隱私保護、倫理規(guī)范制定等問題，也需要行業(yè)、監(jiān)管機構(gòu)共同探索解決方案。

「參考文獻」

Jung, T., Zeng, N., Fabbri, J.D. et al. A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channels. Nat Electron (2025).