中科院深圳先进院刘志远研究员·The Innovation·脑机接口电极·动态界面·具身智能·神经调控·假体控制·脑机接口·神经康复·智能生物电子
脑机接口电极的新范式：从静态走向动态，迈向具身智能1. 为突破传统脑机接口电极长期植入后机械失配、炎症包裹、信号衰减及空间不可重构等瓶颈，中科院深圳先进院与西工大团队提出脑机接口电极由“静态”迈向“动态”的新范式，主张以柔性生物电子材料、界面工程、远程驱动与嵌入式智能协同构建可移动、可重构、可自适应的具身智能BMI。文章系统梳理了“材料-界面-驱动-认知”技术路线，指出半导体水凝胶、仿生微/纳结构表面、磁/超声驱动和低功耗类脑电路将共同支撑下一代BMI实现感知、决策、执行与重构一体化。相关论文以“A new paradigm for brain-machine interface electrodes: From static to dynamic, advancing toward embodied intelligence”为题，发表在The Innovation上。技术路线图（部分）如下：图1 中文图注：动态图脑机接口及其向具身智能演进的示意。（A–C）NeuroWorm 的概念、制备过程与结构。该设计受蚯蚓启发，是一种沿纵向分布有 60 个生物电位电极的微纤维，并给出了其横截面扫描电子显微镜（SEM）图像。比例尺：在（B）中，主图为 1 cm，插图为 100 μm；在（C）中为 8 μm。（D）具身智能脑机接口的概念框架，体现了动态神经界面的构建思路。研究动机：脑机接口正快速走向神经解码、假体控制与神经调控等高阶应用，但现有刚性电极或被动柔性探针大多仍属于静态器件，难以适应脑组织持续运动、神经回路重塑及长期植入环境变化。前人工作瓶颈：传统电极与脑组织之间存在显著机械失配，易诱发慢性炎症、纤维包裹和接触退化；植入后空间位置固定，覆盖范围有限，性能下降后往往需要二次手术调整；同时，软电极与外部刚性数据采集模块之间还容易发生应变累积、绝缘失效与接触失效。本工作的解决方案：文章提出下一代BMI应从“被动传感器”转向“主动智能体”，通过柔性材料设计、界面工程优化、磁/超声远程驱动、低功耗前端电路和闭环反馈控制，实现电极位置、构型、耦合状态与信号处理策略的动态调节。引出关键问题：如何在保证长期生物相容性与高保真信号传输的同时，使脑机接口具备可移动、可重构、可闭环自适应乃至具身智能的能力，是本文回应的核心科学与技术问题。提出了脑机接口电极由静态向动态演进的新范式，将材料设计、驱动控制与认知式自适应整合为统一框架，推动BMI从局域固定记录迈向可重构神经接口。创新性地以“三界面一连接”框架分析长期植入失效机制，即导电层-组织、导电层-基底、导电层-封装三类界面以及软植入器件与外部刚性模块之间的连接界面，为长期稳定性优化提供了系统化认识。创新性地强调具身智能BMI并非仅是参数层面的闭环调控，而是能够在神经与组织动态变化中同步完成“感知-决策-执行-重构”的结构与功能自演化。文章进一步将半导体水凝胶、仿生微/纳结构界面、磁/超声远程驱动与柔性自愈封装并列为关键技术抓手，为未来自主化脑机系统给出了分阶段路线图。关键元件/材料：刚性电极、被动柔性探针、软性神经界面、半导体水凝胶、抗炎涂层、神经营养因子、仿生多孔表面、拓扑微结构、自愈封装网络、超低功耗类脑前端电路等。设计策略：围绕柔性生物电子材料与智能神经界面开展协同设计，通过界面工程、微/纳结构优化、嵌入式信号调理、远程驱动与闭环反馈，构建可长期植入且可重构的动态BMI体系。机理关键词：机械匹配、免疫调控、纤维包裹抑制、界面耦合稳定、嵌入式计算、动态力学自适应、可编程电学功能、多模态感知、远程驱动、闭环反馈、结构重构。性能优势：高生物相容性、高信号保真度、长期稳定记录/刺激、空间可重构性、深部远程操控潜力、环境适应性与自主运行潜力。应用领域简写：脑机接口（BMI）、神经解码（ND）、神经调控（NM）、神经假体控制（NPC）、柔性生物电子（FE）、智能神经接口（INI）。主要性能表现：动态BMI的核心优势在于可在长期植入过程中维持更稳定的神经信号采集与刺激能力，并具备按需移动、重新定位和空间重构的潜力，从而扩大记录/刺激覆盖范围。性能支撑机制：软性界面与脑组织之间较好的力学匹配可减轻机械摩擦诱发的慢性炎症与信号衰减；若进一步结合实时神经反馈，系统还能根据神经可塑性和组织重塑过程动态优化工作状态。结构/原料设计赋能：柔性导电材料、仿生多孔/拓扑表面及多层界面工程共同提升电极-组织耦合稳定性；“三界面一连接”框架则帮助识别长期失效的关键薄弱环节。次要性能表现：除长期稳定性外，下一代BMI还应兼具多模态感知、嵌入式信号放大与处理、低功耗运行、封装可靠性及材料层面的自适应响应能力。机理支撑：半导体水凝胶可提供内禀信号放大与处理能力，磁驱动或超声驱动有望实现非接触远程调位，自愈及流变封装网络则用于缓解深部植入过程中的长期封装疲劳。结构/原料归因：多尺度微纤维构型、可编程电学材料、可远程响应的驱动单元以及柔性封装体系，共同支撑BMI从单一采集平台走向集感知、驱动、计算与反馈于一体的智能系统。材料/器件综合特性汇总：本文归纳的动态BMI兼具柔软顺应性、长期界面稳定性、空间可重构性、闭环响应性与自主智能潜力，是静态神经接口向具身智能神经系统过渡的重要载体。典型应用方向：可用于高保真神经解码、脑控假体、精准神经刺激、深部神经调控、神经康复以及更复杂的人机交互场景，并为生物电子智能体提供底层硬件基础。具体表现指标：文中以NeuroWorm为代表说明了动态软微纤维电极的实现路径，其具有60个沿长度方向分布的生物电位电极；同时，文章指出未来系统仍需在深部供能、低时延高带宽传输、微型可控驱动与长期封装稳定性等指标上持续突破。研究成果的核心贡献：本文的核心贡献不在于单一器件性能刷新，而在于为脑机接口电极建立了从静态、固定、被动到动态、可重构、智能化演进的整体理论框架。科学或工程意义：该框架将长期植入稳定性、空间可重构性与系统级智能统一起来，重新定义了下一代BMI的设计边界，为神经工程、柔性电子、智能材料和生物医学工程的交叉融合提供了明确方向。潜在拓展应用领域：未来可延伸至高自由度神经假体、闭环脑疾病治疗、类脑机器人、生物混合智能系统及深部植入式诊疗平台等领域，并推动人机协同向实时互适应阶段发展。电极/界面种类：刚性电极·柔性探针·软性神经界面·动态脑机接口电极·可重构神经接口·具身智能BMI机理：机械匹配·界面工程·免疫调控·微/纳结构优化·嵌入式计算·磁驱动·超声驱动·闭环反馈·结构重构性能：高生物相容性·高信号保真度·长期稳定性·空间可重构性·多模态感知·低功耗·自适应响应应用：神经解码·神经调控·假体控制·脑机接口·神经康复·智能生物电子·人机交互通讯作者：Qingsong Li；Qiong Tian；Yuan Zhang；Zhiyuan Liu研究单位（中文）：中科院深圳先进院粤港澳人机智能协同系统联合实验室；中科院深圳先进院生物医学成像科学与系统重点实验室；中科院深圳先进院广东省多模态无创脑机接口重点实验室；西北工业大学柔性电子前沿科学中心/柔性电子研究院；深圳理工大学人工智能研究院神经认知与社会行为中心DOI：10.1016/j.xinn.2026.101258本公众号发布的内容（包括但不限于文字、图片、视频、音频及设计素材等），如有侵权，请联系删除。我们始终尊重知识产权，遵守《中华人民共和国著作权法》等相关法律法规，致力于维护健康的内容创作环境。欢迎大家免费投稿，联系邮箱：Gel_hub@163.com
