腦機觀察 | 植入腦機接口后多久性能開始下降？橫跨20年的調研給出了答案

腦機接口早已不再是科幻概念。過去二十年里，它已進入臨床試驗階段，幫助癱瘓患者僅憑想象就能移動電腦光標、操控機械臂，甚至流暢打字。然而，一個更現實的問題始終懸而未決：植入大腦皮層的電極，究竟能穩定工作多久？——幾個月？幾年？還是更久？

2025年7月2日，斯坦福大學Francis R. Willett、Leigh R. Hochberg等研究者在medRxiv發布了一項橫跨二十年的回顧性分析（尚未經同行評審），用2,319次記錄會話、20個硅基微電極陣列、14名參與者的數據，給出了迄今跨度最長的答案。

圖1 BrainGate臨床試驗數據集概況

陣列產率：三分之一電極，七年不倒

對于植入式腦機接口，工程師們最擔心的指標叫陣列產率（Array yield）——即一個電極陣列中，能成功捕捉到單個神經元脈沖信號的電極比例。傳統觀念認為，植入大腦的異物會引發炎癥和疤痕組織，導致電極逐漸"失聰"。此前的非人靈長類研究甚至顯示，很多陣列在幾年內就會大幅衰退。

但這項研究的結果令人意外：平均而言，這些Utah陣列在全部記錄周期內，有35.6%的電極能穩定檢測到神經脈沖波形；從植入后前三個月到最后三個月，整體產率平均僅下降7%。在最長7.6年（平均2.8年）的觀察期中，超過一半的陣列在最初三年內保持了至少20%的產率。要知道，這比此前猴子實驗里的表現要好得多。

當然，個體差異巨大。有的陣列在一年內急劇下滑，有的卻越戰越勇，產率不降反升。研究者發現，手術技術、植入位置、甚至陣列制造批次（這些陣列橫跨15年生產）都可能是幕后變量。

圖2 神經脈沖活動長期趨勢

解碼信噪比：11套陣列"全程在線"，逼近健全人鼠標水平

產率只是硬件指標，患者真正關心的是：我的腦波還能被電腦讀懂嗎？研究團隊引入了一個叫dSNR（decoding signal-to-noise ratio，解碼信噪比）的指標，來衡量神經信號中運動意圖的"純凈度"。

結果顯示，14個陣列中有11個在整個研究期間都保持了有意義的運動解碼能力（dSNR > 1）。更有3個陣列的峰值 dSNR 超過了4.5，而健全人用手操控電腦鼠標時的 dSNR 約為6.29——這意味著，最頂尖的植入陣列已經摸到了自然肢體控制的性能邊界。

更有趣的是，dSNR 與電極數量呈對數增長關系。研究者推算，如果將電極數從96提升到1,024，部分陣列的解碼性能有望達到健全人鼠標控制的70%以上。這為Neuralink等下一代高通道數設備指明了方向。

圖3 運動解碼信噪比回顧性評估

圖4 解碼SNR隨電極數量對數增長

神經調諧穩定性：一個月不用重新校準

腦機接口的另一個痛點是"漂移"——今天訓練好的解碼器，明天可能就失靈了，需要用戶停下來重新校準。這項研究分析了神經調諧穩定性，發現多數陣列在一個月的時間跨度內，運動意圖的神經表征保持高度一致（相關系數 r > 0.6）。換句話說，系統可以"即插即用"，不必每天重新學習你的大腦信號。

圖5 運動意圖神經調諧穩定性

從實驗室到生活：還有多遠？

盡管數據鼓舞人心，研究者也坦承挑戰仍在。少數陣列表現不佳，解碼質量的個體差異尚未被完全解釋——是疾病進程（如肌萎縮側索硬化癥，ALS）？是植入位置的毫米級偏差？還是制造工藝的微小差異？此外，早期參與者使用的電極長度為1.0 mm，后期改為1.5 mm，這也引入了變量。

但這項研究的最大價值在于，它首次為整個領域樹立了一個基準線（benchmark）。過去，腦機接口的高光時刻往往來自單個受試者的案例報道；如今，跨越14人、20年、2,319次會話的系統評估告訴我們：Utah陣列可以長期工作，解碼性能可以多年維持，神經調諧可以月度穩定。

正如論文所揭示的，當我們談論腦機接口的"未來"時，不再只是談論某一天的突破性演示，而是談論一種可以年復一年依賴的輔助技術。對于全球數百萬癱瘓或失語患者而言，這意味著他們大腦里的信號，值得被長期傾聽。

參考：https://doi.org/10.1101/2025.07.02.25330310

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