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(hào)。但近日，加拿大工程院院士、美國(guó)醫(yī)學(xué)與生物工程院院士、香港中文大學(xué)（深圳）生物醫(yī)學(xué)工程校長(zhǎng)學(xué)勤講座教授李晨鐘的團(tuán)隊(duì)，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(rèn)為是世界首創(chuàng)。李晨鐘是美國(guó)國(guó)家發(fā)明家學(xué)院院士，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Biosensors and Bioelectronics的主編，長(zhǎng)期研究腦機(jī)接口、生物光電子學(xué)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(jī)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(zhǔn)調(diào)控聲波壓力，讓對(duì)超聲波有響應(yīng)的導(dǎo)電水凝膠在體內(nèi)形成導(dǎo)電電極，無需通過手術(shù)植入，解決了傳統(tǒng)腦機(jī)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(jì)新聞》記者獨(dú)家專訪時(shí)表示，成本僅數(shù)千元的豬，正在成為腦機(jī)接口研究中意想不到的“隱形冠軍”，或?qū)⑶藙?dòng)每年數(shù)十億美元的腦電帽市場(chǎng)。

李晨鐘    受訪者供圖

不過，在資本狂熱追捧腦機(jī)接口的當(dāng)下，李晨鐘卻發(fā)出冷靜判斷：侵入式腦機(jī)接口仍有較長(zhǎng)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(dòng)每年數(shù)十億美元的市場(chǎng)。

為何用豬做實(shí)驗(yàn)？成本、倫理與“豬腦子”的真相

在腦機(jī)接口研究中，非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物（如猴子）長(zhǎng)期被視為最接近人類的模型。但李晨鐘向《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者解釋，其團(tuán)隊(duì)選擇豬腦實(shí)驗(yàn)，并非退而求其次，而是基于多重現(xiàn)實(shí)考量。

李晨鐘直言：“做猴子（實(shí)驗(yàn)）的腦電波成本很高，一只猴子市場(chǎng)價(jià)格至少8萬元，一套實(shí)驗(yàn)下來需要幾十只，費(fèi)用就達(dá)幾百萬元甚至上千萬元?！?/p>

據(jù)李晨鐘透露，目前，實(shí)驗(yàn)用猴子的價(jià)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(dòng)物倫理角度，“猴子屬于靈長(zhǎng)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?！柏i的體格、器官比重，其實(shí)跟人是最類似的。”

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(guó)際學(xué)術(shù)界的研究也在印證這一點(diǎn)：家豬在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)解剖學(xué)特征上，與人類存在大量相似性，其作為轉(zhuǎn)化動(dòng)物模型的適用性，可與非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物相媲美。

李晨鐘進(jìn)一步介紹稱，在豬的腦電研究中，有一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：豬的alpha波（α腦電波，生物學(xué)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(xué)上與人類存在天然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

實(shí)際上，近年來，已有國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)提出將雌性丹麥長(zhǎng)白豬，作為研究alpha波峰值頻率的轉(zhuǎn)化動(dòng)物模型，因?yàn)樵撝笜?biāo)已被提議作為多種疾病的生物標(biāo)志物。

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

李晨鐘進(jìn)一步舉例稱，其團(tuán)隊(duì)曾展示過豬與狗共同搶食的視頻，“豬能占據(jù)核心優(yōu)勢(shì)，它的機(jī)智超過了狗”。 不過，李晨鐘強(qiáng)調(diào)，豬腦電研究的直接目標(biāo)，并非“讓豬更聰明”，而是為人類腦機(jī)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(tuán)隊(duì)用豬做測(cè)試，主要是為了驗(yàn)證技術(shù)的準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)用豬做腦機(jī)接口研究？

“一個(gè)最主要的因素，是豬的顱骨厚度是人的4到5倍。”李晨鐘指出，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(hào)?！翱赡軙?huì)收到一些微乎其微的信號(hào)，但這些信號(hào)在生理意義上解釋不了，沒有具體價(jià)值?！?/p>

事實(shí)上，這一技術(shù)瓶頸在學(xué)術(shù)層面也得到驗(yàn)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(dòng)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(hào)采集的天然屏障。豬的顱骨就像一個(gè)天然的屏蔽罩，將腦電信號(hào)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(hào)，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(zhǎng)期穩(wěn)定性問題。李晨鐘團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，利用超聲波的強(qiáng)穿透性，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)原位隔空3D打印。

“這個(gè)技術(shù)利用了超聲波可穿透性的特點(diǎn)。”李晨鐘向《每日經(jīng)濟(jì)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(gè)超聲波探頭的壓力焦點(diǎn)，可以精準(zhǔn)定位到體內(nèi)任何位置。

李晨鐘進(jìn)一步對(duì)該技術(shù)的細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述：其團(tuán)隊(duì)首先在豬的頭皮與顱骨之間注射一種對(duì)超聲波響應(yīng)的導(dǎo)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(jiǎn)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?yàn)樗挥陲B骨與皮膚之間，就可以精準(zhǔn)、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(yàn)對(duì)象體內(nèi)的那團(tuán)導(dǎo)電水凝膠液體里，“捏”出了一個(gè)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?qiáng)調(diào)，其他技術(shù)都無法實(shí)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(jí)認(rèn)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(fù)等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷與監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單，導(dǎo)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(diǎn)和運(yùn)動(dòng)路徑，就能控制電極的分布?！?/p>

對(duì)于是否會(huì)對(duì)試驗(yàn)豬的腦組織造成傷害？李晨鐘強(qiáng)調(diào)，任何植入實(shí)驗(yàn)對(duì)象體內(nèi)的材料，都要進(jìn)行生物兼容性驗(yàn)證，導(dǎo)電水凝膠具有良好生物相容性，而且不用的時(shí)候，通過調(diào)整超聲波頻率或者聲壓，然后對(duì)水凝膠進(jìn)行掃描，這種水凝膠就可以降解掉，不會(huì)在體內(nèi)留存。

李晨鐘進(jìn)一步告訴記者，這項(xiàng)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(dǎo)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(jìn)行精準(zhǔn)制造”。

應(yīng)用場(chǎng)景，最先看中腦電帽替代市場(chǎng)

李晨鐘團(tuán)隊(duì)的技術(shù)突破，恰逢腦機(jī)接口行業(yè)正處于井噴期。

今年，隨著腦機(jī)接口首次寫入政府工作報(bào)告，標(biāo)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(guó)腦機(jī)接口商業(yè)化前瞻報(bào)告》顯示，2025年以來腦機(jī)接口企業(yè)融資進(jìn)入空前活躍期，2026年前3個(gè)月，腦機(jī)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(chǎng)景中，李晨鐘最先看中的是腦電帽的替代市場(chǎng)。李晨鐘預(yù)計(jì)：“腦電帽的市場(chǎng)每年幾十億美元。我們的技術(shù)可以提供更方便、更精準(zhǔn)、成本更低的腦電收集方案。替代其中一部分，市場(chǎng)回報(bào)率已經(jīng)很大了?！?/p>

“與Neuralink（美國(guó)腦機(jī)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(fēng)險(xiǎn)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(hào)衰減，信噪比大幅提升。”李晨鐘表示，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(jì)新聞》記者，該技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景遠(yuǎn)不止于腦機(jī)接口?！皬母蔚男迯?fù)、骨的修復(fù)，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(hào)，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?！?/p>

李晨鐘透露，其團(tuán)隊(duì)已在嘗試?yán)脤?dǎo)電材料修復(fù)中風(fēng)后斷裂的神經(jīng)元，“神經(jīng)元傳統(tǒng)上很難生長(zhǎng)，但通過導(dǎo)電膠和超聲固化，就像斷掉的導(dǎo)線一樣把它接在一起”。

目前，該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段。李晨鐘向記者透露，其團(tuán)隊(duì)因人員和經(jīng)費(fèi)限制，只能逐個(gè)場(chǎng)景推進(jìn)，“需要資本支持我們進(jìn)行某一個(gè)方向的特殊研究，比如腦電信號(hào)收集、骨損傷修復(fù)等”。

李晨鐘進(jìn)一步補(bǔ)充道，在腦中風(fēng)康復(fù)方面，其團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)兩個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)工作。

在李晨鐘看來，這項(xiàng)技術(shù)的背后，有一個(gè)清晰的商業(yè)邏輯：以豬為模型驗(yàn)證的低成本、高穿透力腦電采集方案，直接對(duì)標(biāo)每年數(shù)十億美元的腦電帽存量市場(chǎng)。而這項(xiàng)技術(shù)的可擴(kuò)展性，從腦電到骨折修復(fù)、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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