超声脑机接口：解锁全脑读写与AI融合的未来之路

在全球人工智能浪潮的推动下，脑机接口技术正从科幻想象快速迈向现实应用，成为硅谷科技巨头竞相布局的战略高地。OpenAI创始人Sam Altman悄然创立的脑机接口公司Merge Labs，通过融合基因编辑与超声波技术，与马斯克的Neuralink在探索人脑奥秘的赛道上展开直接竞争。

2025年上半年，多家聚焦超声脑机接口的初创企业相继获得硅谷顶级资本的投资。与Neuralink需穿透脑膜的侵入式电极不同，超声脑机接口利用超声波捕捉血流变化，以非侵入方式解码大脑活动，开创了一条安全且充满潜力的新技术路径。

本期《硅谷101》节目，我们邀请了格式塔Gestala与脑虎科技创始人彭雷，他的这两家公司分别探索超声与电信号两种脑机接口技术路线。主持人泓君与彭雷深入探讨了超声脑机接口的工作原理与独特优势，其在医疗领域的适应症方向与商业化前景，中美两国在脑机接口领域的创业环境差异，以及脑科学与人工智能如何相互促进，共同迈向融合共生的未来。

以下是本次对话的核心内容精选：

01

迈向整体化的大脑解读

泓君：此次上海之行，我特意选择拜访最具前沿性的公司。你们所从事的脑机接口研究令人着迷，尤其是得知您开启了超声脑机接口这一全新方向的创业，正好站在行业新浪潮的起点上。我的第一个疑问是，现有脑机接口技术存在哪些局限？为何您要转向一个听起来技术路径迥异的新领域？

彭雷：我来梳理一下脑机接口行业的演进脉络，以及为何我们认为超声技术代表下一代脑机接口的方向。人脑拥有约860亿个神经元，它们的放电活动决定了我们的一切认知与感知。就像此刻我们的交谈，本质上是双方神经元集群的同步放电。传统脑机接口依赖“电信号”，通过植入大脑皮层表面或内部的微小电极，对局部神经元进行记录解码或刺激编码。这一领域在科研界已发展三四十年，产业界则是近十年才涌现出Neuralink等公司。

我在脑虎科技探索电学脑机接口三四年后，决定创立格式塔公司进军超声领域，源于几个核心思考。电学方法在局部解码与精准调控方面确实明确有效，具有确定的临床价值。但我有一个长期假设：大脑的复杂性远超我们想象，860亿神经元的功能并非简单局部信号的叠加。要真正理解思维、意识、记忆、情感等高级认知功能的本质，必须将大脑视为一个有机整体进行解读。这就是我新公司命名为“格式塔”的原因——它源自心理学概念，强调“整体大于部分之和”。我认为即便用电极覆盖整个皮层，也可能无法捕捉大脑作为整体所涌现的信号。

泓君：科学家自然希望研究全脑，但这可能需要基础科学的突破。您认为有哪些方法可以实现对大脑的整体性研究？

彭雷：好问题。人类对大脑的研究很大程度上得益于医学影像学的进步，从X射线到CT、PET-CT、磁共振成像，让我们能够非侵入地观察大脑结构。但这些主要显示生理结构，难以捕捉功能信号。功能核磁成像的出现，首次让我们尝试对全脑活动进行解码，特别是过去十年在描绘精神类疾病的大脑连接图谱方面取得进展。

但功能核磁的关键局限在于时间分辨率较低。它检测的是血氧信号变化，这与神经电活动之间存在延迟，导致信号采集到解析可能有数秒滞后，难以精确反映神经环路的动态时序。大脑的860亿神经元通过万亿突触连接成复杂网络，其功能实现依赖于精确的时序调控，就像城市交通网络依赖红绿灯的精密同步。因此，高时空分辨率的技术对于理解大脑工作机制至关重要。

泓君：也就是说，我们需要技术手段来实时捕捉神经元如何放电与协作，数据越全面、快速、精准越好。

彭雷：是的，理想状态是同时提升时空分辨率。想象30年后的脑机接口：能够以单神经元级别的空间分辨率（几十微米）和10微秒级的时间分辨率，完整监测860亿神经元的活动。那时，大脑对我们而言将是透明的。

泓君：目前世界上最先进的侵入式脑机接口，如Neuralink，能同时记录多少神经信号？其时空分辨率如何？

Neuralink植入的首位患者 图片来源:neuralink.com

彭雷：马斯克的Neuralink确实是当前领域的领跑者。其植入设备拥有1024个电极触点，理论上每个触点可记录1-2个神经元信号，但实际因植入损伤等因素，大约能稳定记录1000-2000个神经元。相对于860亿的总量，这只是沧海一粟。从空间覆盖看，其电极覆盖的大脑皮层面积仅占约千分之1.3，且目前电极仅能插入表面数毫米，深部脑区尚未触及。

时间分辨率上，电学方法表现优异，因电极直接接触神经元，信号延迟可控制在10微秒内，接近实时。但空间覆盖的局限显著。马斯克计划到2028年将电极通道数提升至2.5万，但即便实现，与全脑神经元数量相比仍有巨大差距。电学脑机接口遵循类似摩尔定律的规律，约每18个月电极数量翻倍。国内如脑虎科技等公司，当前电极数在64-256通道区间，与Neuralink约有三年技术代差，但追赶趋势明显。

泓君：传统侵入式脑机接口的优势在于时间同步性，那么超声脑机接口呢？

彭雷：这正是我创立格式塔的原因。超声技术有望成为下一代脑机接口的关键路径，因为它提供了对全脑进行较高时空分辨率成像与调控的闭环能力。超声成像技术临床应用已久，安全无辐射。用于脑机接口时，其最大优势之一是成像范围大。以与Neuralink设备相同尺寸的超声探头置于颅骨外，可对全脑体积约25%的区域进行成像，远超电学方法千分之1.3的覆盖。

时间分辨率上，超声虽不及电学实时，但优于功能核磁。超声可检测神经元活动引发的周围毛细血管血流变化，血流信号本身近乎实时（毫秒级），但与电活动存在0.5-1.5秒的生理延迟。这是声学信号与电学信号的根本差异之一。

02

电学与超声脑机接口的优势较量

泓君：侵入式脑机接口已应用于运动控制、语言解码及视觉恢复等领域。超声脑机接口的主要功能和应用方向是什么？

彭雷：所有脑机接口最终都需回归临床价值。电学脑机接口的“读”功能侧重于运动与语言解码，帮助渐冻症、高位截瘫等患者恢复数字自主权。“写”功能则通过刺激进行调控。

超声脑机接口初期以“写”即调控功能为主。利用相控阵技术，多个超声阵元发射的波束可在颅内精准聚焦，通过机械振动或温升效应激活或抑制特定神经元集群。首个应用方向是慢性疼痛管理。在美国的临床试验中，对患者大脑前扣带回进行超声聚焦刺激，可抑制过度活跃的疼痛相关神经元。治疗后，患者疼痛感能在40分钟内降低60%-70%，效果可持续约一周。

泓君：美国止痛药使用普遍，超声方案是否需要开颅手术？

彭雷：超声脑机接口有非侵入式与半侵入式路径，无需像Neuralink那样穿透硬脑膜。半侵入式指移除部分颅骨但保持硬脑膜完整，这层膜是重要免疫屏障，不破裂则不会直接损伤脑组织。当前疼痛管理研究采用非侵入式，患者佩戴头盔式设备进行治疗。

泓君：这听起来易于商业化，难点何在？

彭雷：商业化挑战主要在于监管审批。超声用于大脑调控是近十年兴起的科研方向，其机理、参数安全性尚在验证中。FDA和NMPA刚起步接受该技术。医疗器械认证耗时漫长：二类器械约3-4年，三类器械可能需7-10年。这与互联网产品的快速迭代截然不同。

03

超声脑机接口的商业化前景展望

泓君：除疼痛管理外，超声脑机接口还有哪些潜在应用？

彭雷：第二是中风后康复。对缺血性脑梗区域进行超声调控，可能减少神经元死亡。第三是阿尔茨海默病。超声有望非侵入地促进Tau蛋白和Aβ蛋白的代谢，增强小胶质细胞活性，甚至打开血脑屏障，助力药物靶向递送。动物实验显示，刺激海马体可提升神经元活性与再生能力。

第四是睡眠障碍调节。早期临床显示，对睡眠中枢的超声刺激可帮助失眠患者入睡。第五是精神类疾病，如抑郁症、自闭症、多动症、强迫症、成瘾及癫痫等。这些疾病多与脑区电信号异常有关，超声调控可望恢复正常活动模式。

泓君：这些应用的临床研究基础来自何处？

彭雷：超声脑调控研究在欧美起步较早，加拿大、美国多所大学及研究机构已有三四年探索。中国虽起步稍晚，但优势明显：患者基数大，临床实验效率高；动物实验环境相对宽松。这些都有助于更快积累安全性与有效性数据，加速医疗器械认证进程。

04

硅谷巨头隐秘布局超声脑机接口赛道

泓君：Sam Altman创立的Merge Labs结合基因编辑与超声，引发关注。目前有哪些代表性公司？

彭雷：美国已有四家主要公司获得融资。最早是陈天桥投资的Spire。第二家Nudge，团队多来自Neuralink，获Thrive Capital 1亿美元A轮融资，专注于PTSD治疗。第三家Forest Neurotech，属非营利性研究组织，获Google前CEO埃里克·施密特资助，研究半侵入式超声用于失眠及意识障碍唤醒。第四家Sanmai获LinkedIn创始人Reid Hoffman投资。

最新的是Sam Altman的Merge Labs，选择与Neuralink不同的技术路线，结合基因改造与超声。这反映了AI与神经科学的深度融合趋势：神经科学启发AI发展，而神经科学的突破也将反哺AI。Merge Labs的基因改造设想与我们格式塔的探索方向一致——若未来人脑需与AI高效融合，大脑本身的适应性改造可能是必经之路。

泓君：为何还需要半侵入或侵入式超声脑机接口？

彭雷：颅骨是超声波“读”“写”的主要障碍，会导致散射失真。移除颅骨后，大脑在超声面前近乎透明。半侵入式不破坏硬脑膜，安全性高于Neuralink的完全侵入式。未来，我们或可设想用“数字颅骨”替代部分天然颅骨，实现全脑覆盖读写，结合基因改造，迈向人机融合的终极形态。这或许还需5-8年，但方向清晰。

05

顶尖AI科学家如何从生命科学视角审视人工智能

泓君：未来AI的重大突破会否源自脑科学进展？

彭雷：神经科学与人工智能犹如硬币两面，相互促进。当前AI基于硅基冯·诺依曼架构，存算分离，功耗高昂；而人脑存算一体，仅需25瓦功耗。人脑具有可塑性，能通过物理连接强化实现学习，这是AI硬件无法比拟的。AI的下一阶段发展，如实现意识，可能需要与具身智能结合，在物理世界中互动学习。

“人工智能之父”杰弗里·辛顿近年回归神经科学研究，探索生物学习的反向传播机制。DeepMind创始人德米斯·哈萨比斯推动“人工智能虚拟细胞”项目，旨在模拟细胞行为以加速药物研发。这显示顶尖AI科学家正从生命科学中寻找灵感。

泓君：大语言模型与人脑语言处理有何异同？

彭雷：大语言模型基于人类知识的高度抽象——语言，通过Transformer架构实现突破。但世界模型需处理非结构化、多模态的物理交互信息。AI产生意识的前提可能是与具身智能结合，在物理世界中获得感知反馈。因此，人工智能、具身智能与脑机接口终将交汇。

06

价值脱钩下的生物医药投资洼地

泓君：脑机接口创业需长期投入，资金储备与商业化压力如何？

彭雷：生命科学创业需长远视野。美国研发三类有源植入器械平均需10亿美元、10年时间；中国电学脑机接口公司约需7亿元、7年拿证。中美在硬科技领域估值已然脱钩：中国脑机接口公司估值约3亿美元，Neuralink达120亿美元；中国临床实验成本仅数十万人民币，美国则需百万美元级。

中国在人才、供应链、临床资源方面优势显著。随着估值逻辑回归理性，中国生命科技公司价值有望重估。当前创新药领域已出现“研发在中国、市场在海外”的合作模式，生命科学仍是中美可能协作的领域之一。

泓君：新项目为何不置于脑虎旗下？

彭雷：电学与超声技术路径差异显著。电学路线商业前景明确，我个人的兴趣更倾向于从0到1的探索。至于马斯克预言2028年实现知识上传，我认为现有局部电极方法难以解码意识这类全脑涌现的复杂功能，这需要更整体的技术突破。