全球首例微米级脑机接口三维图谱在武汉亮相

“精度达到头发丝的二十分之一，为脑疾病治疗、人机交互等临床应用提供全新解决方案。”3月26日，全球首例微米级脑机接口多模态三维图谱在武汉发布。与传统毫米级医学影像相比，新技术将分辨率提升1000倍至微米级。这项突破让医生做脑部手术时，能像用手机导航一样看清每条神经的位置。

华中科技大学同济医学院附属协和医院智能医学研究室主任叶哲伟介绍，该团队与衷华脑机公司合作，在脑机接口方向取得重大进展。研究团队通过融合micro-CT、9.4T超高场磁共振与混合现实技术，成功构建全球首个集成颅骨、脑组织功能分区、脑血管及侵入式脑机接口装置的微米级三维多模态图谱，为脑机接口的进一步深入研究及医学教育开创了全新范式。

开启人机交互新纪元

专家介绍，脑机接口是一种能够在大脑与外部设备之间建立直接连接的技术，可以实现人与外部设备的信息交互。脑机接口技术作为一种革命性的人机交互技术，其作用机制是绕过外周神经和肌肉，直接在大脑与外部设备之间建立通信与控制通道，通过捕捉大脑信号并将其转换为电信号，实现信息的传输和控制，被誉为“元宇宙终极交互形态”。在医学领域，侵入式脑机接口可以直接读取大脑信号，帮助瘫痪患者控制外部设备。

作为神经科学、信息技术与生物医学工程交叉的前沿领域，脑机接口技术被列为国家重点发展的未来产业，将为人类认知科学研究、脑疾病精准诊疗开辟新路径，并可能重塑人机交互的未来形态，已成为全球科技创新的重要发展方向。

据了解，该技术还在认知增强、虚拟现实交互等领域展现出巨大潜力，是探索人类大脑奥秘、增强人类能力的关键技术路径，其战略意义堪比人工智能。

突破医学影像新边界

传统二维影像因难以直观展示脑机接口电极与脑组织功能分区、血管和颅骨的复杂空间关系，导致手术风险高、学习曲线陡峭。

叶哲伟介绍，混合现实技术作为一种能够让用户在真实世界与虚拟影像进行实时交互的先进可视化方案，可以帮助外科医生在脑机接口植入的术前规划、术中辅助及手术结果进行直观呈现。

受制于临床CT检查的扫描精度，医学影像的分辨率通常在毫米级，医学混合现实影像的构建精度也在毫米级。武汉协和医院与衷华脑机研究团队携手，通过融合micro-CT、9.4T超高场磁共振，实现了大鼠脑机接口植入模型的微米级多模态混合现实成像。

叶哲伟介绍，“医生戴上MR眼镜后，能拥有透视眼‘穿透’颅骨和脑组织，动态观察电极与大脑皮层和脑部血管的微米级三维空间位置关系，这是传统影像无法实现的。通过混合现实技术可以将微米级脑结构进行了数百倍的放大呈现，医务人员可以在三维空间对脑机接口与脑部结构的位置关系进行全方位立体观察，并建立三维图谱。将脑机接口医学影像的混合现实呈现从毫米级提升到微米级，极大提高了脑机接口手术的精准性和安全性，也为脑机接口的进一步深入研究及医学教育开创了全新范式。”

微米级精度开创全球先河

研究团队在大鼠脑部视觉皮层植入多针微电极阵列后，采用术前、术中、术后多阶段扫描策略，分别使用micro-CT（12μm分辨率）和9.4T高场强磁共振（T2和TOF序列）实现了不同组织的微米级成像，并且利用3D Slicer软件将不同模态数据统一至Waxholm空间坐标系，结合混合现实技术实现直观的交互式呈现。

“以往我们只能依靠脑立体定位仪推测脑机接口装置的植入位置，现在通过这个系统能精确判断脑机接口装置的植入情况。”团队成员展示的混合界面中，不同颜色标注的脑组织功能区与红色血管组织交织，手指轻触即可单独隐藏颅骨或突出显示特定脑区，BCI装置与关节解剖结构的关系一目了然。

这一突破性成果，标志着全球首次在微米级精度上，实现了脑机接口装置与脑组织关键解剖结构的混合现实呈现。

叶哲伟介绍：“这项技术未来可能为脊髓损伤、癫痫病灶定位、深部脑刺激等脑机接口的高精度手术导航奠定基础，为脑机接口的深度研究架起了高维度可视化桥梁。” 

《中国科学报》注意到，这一研究成果近日作为封面文章发表于英文SCI期刊Current Medical Science。

相关论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11596-025-00033-3