——记中国科学院自动化研究所副研究员刘冰博士
在詹姆斯·卡梅隆的科幻史诗电影《阿凡达》中，双腿瘫痪的退役军人杰克通过脑机接口技术，将意识注入由人类与纳美族基因融合的“阿凡达”中，在潘多拉星球自由奔跑、翱翔天际，甚至与异星文明建立灵魂共鸣。这一设定不仅描绘了意识与躯体分离的科幻图景，更揭示了脑机接口的核心命题——跨越肉体局限，重构生命交互。
而今，这项融合了脑科学与人工智能的前沿技术正从科幻走向现实。2025年，中国自主研发的“北脑一号”系统让渐冻症患者通过意念“说出”完整句子，高位截瘫者操控机械臂完成倒水动作;马斯克的Neuralink则以柔性电极阵列突破信号采集极限，让瘫痪者仅凭思维操控电子设备。与《阿凡达》中庞大的神经连接舱不同，现代脑机接口已迈向微型化与无线化：如微灵医疗研发的10微米级柔性电极，以“贴敷式”设计避免脑组织损伤，实现高精度信号采集与闭环反馈，宛如为大脑披上一层“神经丝绸”。
在这场脑机技术革命中，中国科学家也开辟了一条独特的路径。中国科学院自动化研究所副研究员刘冰博士，主要研究方向为植入式脑机接口及计算神经科学，他在脑机接口实时闭环系统、类脑解码器设计、神经信号编解码、及植入式脑机接口界面等领域做了大量工作，取得了一系列创新性的科研成果，后续将在视觉重建和运动控制等领域把成果推向临床。他率领团队突破植入式脑机接口的“硬核三定律”：鲁棒性、具身性、泛化性，当《阿凡达》中的“灵魂迁移”仍停留于幻想时，现实中的脑机接口已叩响神经深空的大门——它不仅是瘫痪者的希望之桥，更可能是人类拓展感知维度的“新器官”。
解码神经交响曲：从生物医学到脑际探索者
刘冰的科研启蒙始于西安交通大学的生物医学工程实验室，那里充斥着心电信号与机械臂的碰撞声。当时，他沉迷于人体信号与机械系统的交互逻辑，却在神经生物学博士阶段意识到：真正的“交互”应始于大脑本身。
2005年，刘冰进入中科院生物物理研究所攻读神经生物学博士，在脑与认知国家重点实验室里，当他首次接触非人灵长类动物的神经信号记录，目睹猕猴通过脑电波控制虚拟光标时，一个颠覆性认知浮现在他的脑海：“大脑不是被动的信号源，而是动态演化的生物算法”。他意识到——大脑的编码能力，远超人类现有技术的解码极限，从此，奠定了他对神经可塑性的执着探索。
2012年，为了学习西方国家的先进技术，刘冰远赴芝加哥大学、加州大学伯克利分校、及杜克大学相继从事博士后研究十余年，深耕系统和计算神经科学。师从脑机接口先驱：首个实现植入式脑机进行运动控制的科学家之一、加州大学伯克利电子工程与神经科学校长教授Jose M. Carmena，他的导师是被誉为“脑机接口之父”的Miguel Nicolelis。如此强大的学术师承，为刘冰在脑机接口领域的研究奠定了坚实基础。
当时，全球脑机接口研究多聚焦非侵入式技术，但刘冰敏锐觉察到：侵入式技术虽风险高，却可能突破信号精度的“天花板”。2018年，Neuralink高调发布柔性电极技术，在加州大学伯克利与杜克大学的实验室里，刘冰亲历了Neuralink柔性电极技术的爆发式发展，也看到了国内该领域的空白，这一差距如芒在背，深深激发了刘冰的科研抱负。
2023年，当国际团队竞相发布千通道级植入芯片时，刘冰做出抉择，毅然带着15年非人灵长类实验经验回国，加入中国科学院自动化研究所，誓言打造“中国版脑机接口”。回国之后，他的科研方向主要是：具反馈的运动控制、人工视觉重建、植入式脑机接口系统及植入方案。
刘冰的早期研究聚焦神经信号的单向解码，但临床反馈显示：传统脑机接口依赖预设算法，一旦神经信号因学习或环境干扰波动，系统便迅速失效。“脑与机必须共同进化”——这一洞见催生了“脑-机双学习系统”：机器学习实时优化解码模型，而大脑同步适应新控制逻辑，二者形成动态闭环。
在非人灵长类动物实验中，刘冰和团队开发了闭环解码器自适应算法(CLDA)，可实现快速的脑控系统应用。更进一步即使初始解码正确率已达100%，猕猴仍能通过神经可塑性进一步提升操作效率。这一发现颠覆了传统认知：大脑并非被动接受机器指令，而是主动重构神经网络以驾驭技术。刘冰将这一过程比喻为“骑自行车”——人与车通过反馈循环达成默契，而脑机接口的终极目标，是让技术成为神经系统的“自然延伸”。
为实现这一目标，刘冰团队开发出全球首套基于“脑-机双学习”且具有具身反馈的融合式脑机接口系统：机械臂的运动指令来自解码的神经信号，触觉与力觉信息经编码后通过电刺激反馈至感觉皮层，形成“感知-行动”闭环。该系统在干扰环境下仍保持90%以上的操作精度，为高位截瘫患者的功能重建奠定了基础。
重构感官宇宙：从实验室到生命操作系统
目前，全球4000万全盲患者中，多数因视神经坏死或眼球缺失而无法通过常规手段复明。
如何更好地提升生命质量，带给病人更多的希望和可能性?怀揣着这一想法，刘冰将目光投向了人工视觉重建——通过植入式电极刺激初级视觉皮层(V1)，这项研究不同于Neuralink的“像素点阵”方案，其团队基于V1的拓扑映射特性，开发了动态神经功能模型：通过MRI定位个体患者皮层功能区，绘制“光晕地图(Phosphene Map)”，将摄像头图像转化为精准的电刺激时空模式。
然而，现有技术仅能生成粗糙光点，且缺乏闭环反馈。刘冰的突破在于神经功能拓扑建模，更革命性的是，他们引入闭环反馈机制：通过记录皮层对刺激的响应，实时调整信号模式，让大脑与设备共同“校准”视觉感知。在动物实验中，基于V1皮层的空间映射特性，其团队开发了动态刺激算法，使猕猴不仅能识别移动光斑轨迹，还可区分红蓝光信号，这标志着彩色人工视觉的实现迈出关键一步。
目前，这一技术被Neuralink列为战略方向，而刘冰团队计划在动物模型中实现彩色视觉模拟。而支撑这一突破的，是刘冰团队与华中科技大学合作研发的不变形粘附水凝胶贴片——该材料溶胀率仅-4.5%，在脑组织微运动中保持电极稳定，使信号采集保真度提升40%。但是，目前的人工视觉重建仍然存在一系列的问题，刘冰说：“迄今为止，对于给予视觉刺激之后皮层神经如何产生学习和适应目前还不清楚，因此该方向也亟需相关的研究。”
因此，刘冰将与合作者共同完成植入式脑机接口系统及植入方案，主要开发具有闭环功能的脑机接口实验系统，合作开发柔性大规模的植入电极以及相应的植入方案并进行动物实验测试，合作开发基于超声的震动挤孔的极微创开颅方案等。“科研的终极目标是要形成产品，发挥植入式脑机接口真正的实用价值，帮助更多的患者提升生命质量。
在商业化方面，刘冰组建了一支堪称国际级的植入式脑机接口团队，创立明视脑机科技有限公司，致力于开发全国产化的植入式脑机接口全链条技术以及临床应用。明视脑机现已完成数千万天使轮融资，重点聚焦三大核心产品：视觉重建系统-1024通道柔性电极阵列，结合超声震动微创开颅技术，植入创伤减少70%;运动控制套件-集成触觉-力觉反馈的脑控机械臂，支持精细动作指令;脑机开发平台Experica-开放双学习系统接口，允许第三方开发者训练定制化解码模型。
与国际竞品相比，明视脑机的“脑机接口2.0”具备三重优势：鲁棒性(抗信号漂移)、具身性(兼容神经可塑性)、泛化性(跨任务快速适应)。刘冰表示，他们的核心产品是针对全盲病人的视觉重建系统解决方案，以及针对高位截瘫病人的具反馈的运动控制解决方案。该方案依托脑机接口2.0系统，集成多项前沿技术：采用可大规模植入的柔性电极，实现全植入式无线供电与数据传输，运用逐步推进的极微创开颅方案，以及基于神经科学的脑机融合解码方法。
与此同时，对于医疗领域中视觉障碍患者的需求，刘冰团队也努力为他们提供恢复视力的解决方案。明视脑机计划今年年底完成首款视觉重建设备样机的非人灵长类实验，2026年启动临床试验。
当马斯克宣称“脑机接口将实现意识上传”时，刘冰保持着科学家的谨慎：“技术必须敬畏神经系统的生物本质”。其团队与法律学者合作开发神经数据隐私协议，采用加密技术隔离意识信息，确保患者对自身神经数据拥有绝对控制权。在2024年怀柔科学城脑科学沙龙中，他提出“神经技术伦理三原则”：可逆性(植入设备可安全移除)、透明性(算法决策过程可追溯)、共生性(技术增强而非替代人体功能)。
投身科研十余年来，刘冰始终践行着“硬核科学家”的使命。在植入式脑机接口这条征途上，刘冰正以双学习系统为罗盘，柔性电极为星舰，向着神经宇宙的更深维度进发。他的目标不仅是创造医疗奇迹，更是重塑人类与技术的共生关系——让脑机接口不再是科幻片的冰冷装置，而是温暖的生命重建场。(文/张玮)
