每經(jīng)記者｜甄素靜    每經(jīng)編輯｜楊翼    

豬的腦顱骨厚度是人的4到5倍，傳統(tǒng)腦電帽幾乎無法采集到有意義的信號。但近日，加拿大工程院院士、美國醫(yī)學與生物工程院院士、香港中文大學（深圳）生物醫(yī)學工程校長學勤講座教授李晨鐘的團隊，利用“超聲隔空3D打印”技術(shù)，在豬頭皮與顱骨之間原位打印電極，成功捕獲清晰的α、β、γ、θ腦電波，這被認為是世界首創(chuàng)。李晨鐘是美國國家發(fā)明家學院院士，國際權(quán)威學術(shù)期刊Biosensors and Bioelectronics的主編，長期研究腦機接口、生物光電子學等領(lǐng)域。

李晨鐘將這一突破稱為“顛覆性技術(shù)”“豬腦里的腦機接口革命”。據(jù)記者了解，該技術(shù)主要依托“超聲隔空3D打印”技術(shù)，利用人工智能精準調(diào)控聲波壓力，讓對超聲波有響應(yīng)的導電水凝膠在體內(nèi)形成導電電極，無需通過手術(shù)植入，解決了傳統(tǒng)腦機接口電極植入創(chuàng)傷大、可控性差等問題。

日前，李晨鐘在接受《每日經(jīng)濟新聞》記者獨家專訪時表示，成本僅數(shù)千元的豬，正在成為腦機接口研究中意想不到的“隱形冠軍”，或?qū)⑶藙用磕陻?shù)十億美元的腦電帽市場。

李晨鐘    受訪者供圖

不過，在資本狂熱追捧腦機接口的當下，李晨鐘卻發(fā)出冷靜判斷：侵入式腦機接口仍有較長的路需要探索，至少還需十年，非侵入式技術(shù)路線更有可能率先撬動每年數(shù)十億美元的市場。

為何用豬做實驗？成本、倫理與“豬腦子”的真相

在腦機接口研究中，非人靈長類動物（如猴子）長期被視為最接近人類的模型。但李晨鐘向《每日經(jīng)濟新聞》記者解釋，其團隊選擇豬腦實驗，并非退而求其次，而是基于多重現(xiàn)實考量。

李晨鐘直言：“做猴子（實驗）的腦電波成本很高，一只猴子市場價格至少8萬元，一套實驗下來需要幾十只，費用就達幾百萬元甚至上千萬元?！?/p>

據(jù)李晨鐘透露，目前，實驗用猴子的價格還在持續(xù)上漲，這讓以猴子為模型的研究，更加昂貴。相比之下，一只豬的成本僅數(shù)千元，僅為猴子的十分之一。此外，從動物倫理角度，“猴子屬于靈長類，我們也盡量減少使用”。

更關(guān)鍵的是，豬的生理結(jié)構(gòu)與人類高度相似。李晨鐘指出，在器官移植行業(yè)，基因改造過的豬器官，如豬心、豬腎、豬肝等，已經(jīng)在臨床大批量應(yīng)用。“豬的體格、器官比重，其實跟人是最類似的?！?/p>

李晨鐘還告訴記者，豬的腦結(jié)構(gòu)、腦大小與身體比例，同樣與人的接近。國際學術(shù)界的研究也在印證這一點：家豬在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)解剖學特征上，與人類存在大量相似性，其作為轉(zhuǎn)化動物模型的適用性，可與非人靈長類動物相媲美。

李晨鐘進一步介紹稱，在豬的腦電研究中，有一項重要發(fā)現(xiàn)：豬的alpha波（α腦電波，生物學名詞）峰值頻率，呈現(xiàn)8~12Hz的正態(tài)分布，這與人類腦電記錄的結(jié)果高度相似。這意味著，豬腦電在生理學上與人類存在天然的對應(yīng)關(guān)系。

實際上，近年來，已有國際研究團隊提出將雌性丹麥長白豬，作為研究alpha波峰值頻率的轉(zhuǎn)化動物模型，因為該指標已被提議作為多種疾病的生物標志物。

至于“豬腦子”的刻板印象，李晨鐘笑著糾正：如果對豬了解，你會發(fā)現(xiàn)豬其實很聰明、很靈活。它的智商至少跟狗是齊平的。

李晨鐘進一步舉例稱，其團隊曾展示過豬與狗共同搶食的視頻，“豬能占據(jù)核心優(yōu)勢，它的機智超過了狗”。 不過，李晨鐘強調(diào)，豬腦電研究的直接目標，并非“讓豬更聰明”，而是為人類腦機接口技術(shù)，開辟一條低成本、非侵入式的路徑。

李晨鐘明確告訴記者，其團隊用豬做測試，主要是為了驗證技術(shù)的準確性和可行性，“目的還是為了研究人”。

如何繞過顱骨“屏障”捕獲清晰腦電波？

那么，為何此前很少有科研團隊用豬做腦機接口研究？

“一個最主要的因素，是豬的顱骨厚度是人的4到5倍?！崩畛跨娭赋?，在如此厚的顱骨隔離下，現(xiàn)有腦電帽技術(shù)幾乎無法成功收集到清晰的豬腦電信號?！翱赡軙盏揭恍┪⒑跗湮⒌男盘?，但這些信號在生理意義上解釋不了，沒有具體價值?！?/p>

事實上，這一技術(shù)瓶頸在學術(shù)層面也得到驗證。豬大腦的灰質(zhì)與白質(zhì)比例、顱內(nèi)血管直徑以及腦回結(jié)構(gòu)均與人類的高度相似，因此被視為神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究的理想大型動物模型。然而，恰恰是這種結(jié)構(gòu)上的相似性，加之豬顱骨的異常厚度，構(gòu)成了信號采集的天然屏障。豬的顱骨就像一個天然的屏蔽罩，將腦電信號衰減到了傳統(tǒng)設(shè)備無法有效捕捉的程度。

想要從豬腦中讀取信號，必須繞過顱骨這道“屏障”。開顱植入電極固然可行，但成本高、創(chuàng)傷大，且面臨長期穩(wěn)定性問題。李晨鐘團隊另辟蹊徑，利用超聲波的強穿透性，實現(xiàn)體內(nèi)原位隔空3D打印。

“這個技術(shù)利用了超聲波可穿透性的特點?！崩畛跨娤颉睹咳战?jīng)濟新聞》記者解釋稱，傳統(tǒng)光固化3D打印依賴光線，但光無法穿透人體組織。而超聲波可以穿透任意深度，通過人工智能調(diào)控多個超聲波探頭的壓力焦點，可以精準定位到體內(nèi)任何位置。

李晨鐘進一步對該技術(shù)的細節(jié)進行闡述：其團隊首先在豬的頭皮與顱骨之間注射一種對超聲波響應(yīng)的導電水凝膠前體。隨后，通過外部超聲波探頭聚焦，使水凝膠在指定位置原位固化，形成電極陣列。這種操作極為微創(chuàng)，只需簡單的注射即可完成。第一，它可以屏蔽豬皮和豬毛的干擾；第二，它也可以屏蔽很多外界干擾。因為它位于顱骨與皮膚之間，就可以精準、可穿透地收集到豬腦電。這就像用一束看不見的“聲波手指”，在試驗對象體內(nèi)的那團導電水凝膠液體里，“捏”出了一個精密的微型電路。而且這根手指能穿透骨骼，在不傷害周圍組織的情況下完成操作。

“我們成功收集到豬的α、β、γ腦電波。截至目前，我們可以說是世界上唯一能做到的?！崩畛跨姀娬{(diào)，其他技術(shù)都無法實現(xiàn)這一突破。這些腦電波在臨床上具有重要意義，α腦電波與放松狀態(tài)相關(guān)，β腦電波與警覺和專注相關(guān)，γ腦電波則與高級認知功能相關(guān)。能夠清晰采集到這些波，意味著該技術(shù)在癲癇、睡眠障礙、腦卒中康復等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷與監(jiān)測方面，具有巨大的應(yīng)用潛力。

而就如何將材料打在頭皮內(nèi)，李晨鐘表示：“很簡單，導電水凝膠只需通過微創(chuàng)注射到皮下，然后通過控制超聲波的聚焦點和運動路徑，就能控制電極的分布?！?/p>

對于是否會對試驗豬的腦組織造成傷害？李晨鐘強調(diào)，任何植入實驗對象體內(nèi)的材料，都要進行生物兼容性驗證，導電水凝膠具有良好生物相容性，而且不用的時候，通過調(diào)整超聲波頻率或者聲壓，然后對水凝膠進行掃描，這種水凝膠就可以降解掉，不會在體內(nèi)留存。

李晨鐘進一步告訴記者，這項技術(shù)的核心，在于水凝膠的成分配比，包括超聲波響應(yīng)成分、導電成分和粘合力的成分，“可以通過各種各樣的配比，最后根據(jù)需求在體內(nèi)進行精準制造”。

應(yīng)用場景，最先看中腦電帽替代市場

李晨鐘團隊的技術(shù)突破，恰逢腦機接口行業(yè)正處于井噴期。

今年，隨著腦機接口首次寫入政府工作報告，標志著其被明確為培育發(fā)展的未來產(chǎn)業(yè)之一。

在投資端，《中國腦機接口商業(yè)化前瞻報告》顯示，2025年以來腦機接口企業(yè)融資進入空前活躍期，2026年前3個月，腦機接口企業(yè)融資總金額已超2025年全年。

在眾多潛在應(yīng)用場景中，李晨鐘最先看中的是腦電帽的替代市場。李晨鐘預(yù)計：“腦電帽的市場每年幾十億美元。我們的技術(shù)可以提供更方便、更精準、成本更低的腦電收集方案。替代其中一部分，市場回報率已經(jīng)很大了?！?/p>

“與Neuralink（美國腦機接口技術(shù)公司）開發(fā)的侵入式電極相比，超聲波隔空打印電極無需開顱，避免了二次手術(shù)風險和生物污損問題；與傳統(tǒng)腦電帽相比，它繞開了頭皮、頭發(fā)和顱骨的信號衰減，信噪比大幅提升?！崩畛跨姳硎?，這一技術(shù)路線“至少可以部分替代現(xiàn)在的腦電帽技術(shù)”。

李晨鐘還告訴《每日經(jīng)濟新聞》記者，該技術(shù)的應(yīng)用場景遠不止于腦機接口。“從肝的修復、骨的修復，到藥物的釋放、人造角膜的創(chuàng)造，包括各種內(nèi)部電極，它不光收集電信號，還能電刺激體內(nèi)各種變化，跟抑郁、焦慮、老年癡呆等疾病緊密結(jié)合在一起。”

李晨鐘透露，其團隊已在嘗試利用導電材料修復中風后斷裂的神經(jīng)元，“神經(jīng)元傳統(tǒng)上很難生長，但通過導電膠和超聲固化，就像斷掉的導線一樣把它接在一起”。

目前，該技術(shù)尚處于實驗室驗證階段。李晨鐘向記者透露，其團隊因人員和經(jīng)費限制，只能逐個場景推進，“需要資本支持我們進行某一個方向的特殊研究，比如腦電信號收集、骨損傷修復等”。

李晨鐘進一步補充道，在腦中風康復方面，其團隊正在推進兩個項目的研發(fā)工作。

在李晨鐘看來，這項技術(shù)的背后，有一個清晰的商業(yè)邏輯：以豬為模型驗證的低成本、高穿透力腦電采集方案，直接對標每年數(shù)十億美元的腦電帽存量市場。而這項技術(shù)的可擴展性，從腦電到骨折修復、藥物釋放、神經(jīng)再生，又為未來打開了更大的想象空間。

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