磁共振“读脑”新突破：脑机接口迈向机制理解新时代

徽声在线8月25日讯（记者 李阳）在过去的几年里，脑机接口技术经历了从默默无闻到炙手可热，再到逐渐回归理性的曲折发展历程。然而，一个核心难题始终困扰着这一领域：要解码大脑，就必须了解大脑内部正在发生什么，但现有的观测手段要么信号质量高却创伤大，要么安全无创却信息量有限，难以两全其美。

磁共振技术，自诞生之初便被学界寄予厚望，其无创、全脑覆盖、多参数成像的特性，使其成为观测大脑的理想工具。然而，这项专为临床诊断设计的技术，在与脑机接口的融合之路上，却遭遇了重重挑战。

脑机接口设备在强磁场环境中难以正常工作，传统磁共振的分辨率又不足以捕捉到微观的神经结构，治疗过程中更是只能依赖术前的静态影像，无法实时感知大脑的变化。这些障碍使得磁共振在脑机接口研究中长期扮演着“术前术后拍照”的配角角色。

近日，在天津举办的全国首届磁共振脑机接口大会上，徽声在线记者通过采访多位专家学者，了解到这一领域的最新进展：那些曾经阻碍磁共振与脑机接口深度融合的门槛，正在被逐一跨越。磁共振技术正在与脑机接口实现深度融合，在治疗全过程中实现实时成像、实时反馈、实时导航，成为一套可供科研和临床使用的强大系统。

瓶颈解析：磁共振与脑机接口为何长期“分道扬镳”

天津大学医学院副院长、国家重点研发计划首席科学家范秋筠在会上描绘了脑机接口的宏伟愿景：“通过高通量的读取大脑信息，赋能高信度的解码大脑，实现高精准的调控大脑，最终达成读脑与控脑的实时对话。”

她同时指出，尽管脑机接口的传感方式多样，包括侵入式电极、头皮脑电、脑磁图和磁共振等，但磁共振具有“得天独厚的技术优势”。

然而，在实践中，磁共振与脑机接口的结合却长期面临尴尬境地。磁共振技术虽然优势明显，但并非专为脑机接口研究而设计。

联影医疗磁共振事业部、联合创新部总监袁健闵，通过长期收集一线反馈，向记者深入剖析了这一困境。他表示：“基于临床常规使用的磁共振设备，在面向脑机接口的应用场景中，存在诸多难以克服的难点。”

他认为，其中两个方面的难点尤为突出：一是脑机接口器件通常未在强磁场环境中进行设计和测试，即便勉强将两者合并，软件层面的数据交互和融合也极其困难；二是大量脑机接口研究停留在临床前阶段，从动物实验到临床验证的转化过程难度大、门槛高、流程长，严重阻碍了创新和临床转化。

这两大痛点共同指向了一个结构性矛盾：磁共振设备行业已经发展了几十年，但很少针对脑机接口设备进行针对性的设计和适配。

范秋筠进一步解释说，传统磁共振受限于性价比考虑，只能观测到毫米级的宏观结构信息，而细胞的尺度是微米级。这种“三个数量级”的差距（从1毫米到1微米，数值上缩小了1000倍），意味着传统磁共振根本无法捕捉到脑机接口解码真正需要的微观神经结构信息。

由于看不见微观结构，研究者只能依靠猜测。这种“猜”的困境，正是脑机接口研究长期停留在“输入—输出”黑箱模式的重要原因。研究者知道受试者执行了某个任务、记录到了某个脑电信号，但大脑内部究竟发生了什么，传统磁共振却无法给出答案。而基于猜测的解码，其效果自然有限。

突破进展：磁共振实现治疗全程实时“观测”

转机出现在观测尺度的跨越上。在大会上，联影医疗与天津大学联合发布了全球首个磁共振脑机接口全栈式解决方案——uMR神观，将磁共振的信息源头从毫米级推进到了微米级。

其物理原理虽然并不复杂，但却极具巧思——利用水分子扩散的运动特性。范秋筠向记者详细解释了这一机制：“水分子在纯自由扩散时，各个方向游走的距离是相同的。但如果处在神经纤维里面，它更愿意沿着神经纤维去扩散；如果它在细胞里面，走一段碰壁了就会回来。通过分子扩散运动的统计学反演，我们可以推断出水分子所处的微观环境。”

这套方法并不直接拍摄神经元，而是通过水分子作为“天然探针”，来反推神经纤维的孔径和髓鞘厚度。

范秋筠强调，髓鞘厚度不同，神经信号的传导速度就不同，同一个解码算法在不同人身上的表现也会有所不同。因此，她认为，如果未来脑机接口要走向临床成为常规治疗手段，脑机接口的解码器不能仅仅依靠统计拟合，而必须基于个体真实的微观结构特征去构建。这正是uMR神观这类高梯度磁共振平台的价值所在：它提供了获取这些个体化微观结构数据的能力。

袁健闵从工程角度对这一突破进行了呼应。他将磁共振的新角色比作“北斗卫星”，能够精准呈现治疗设备在哪个脑区起作用、作用的大小和程度，并实时反馈给研究者。

关键在于，一是“精准”，高梯度性能让白质纤维束追踪清晰可见，治疗规划可以避开关键连接通路；二是“实时”，“我们不仅能看到机械波的振动，还能同步观测大脑受激后的代谢响应、血氧响应，建立起‘输入、调控、响应’的完整闭环关系。”范秋筠说。

袁健闵还补充了另一个传统磁共振不具备的功能——实时温度监测：“超声调控可能会产生温度升高，我们需要防止温度升高过高对正常脑组织造成损伤。磁共振可以实时测量温度，确保治疗的安全性。”这套“边调控、边成像、边反馈”的模式，将磁共振从治疗前的“相机”升级为治疗全过程的“导航仪”。

在临床验证方面，首都医科大学宣武医院院长赵国光表示，无创脑机超声聚焦时路径上的血管变化可能引发血栓或小血管堵塞。其团队在联影设备上实现了最快3分钟的成像速度，从大血管到微小穿支血管全面覆盖，“为声、光、电、磁等设备干预路径上的血管结构提供了关键的血管描写数据。”

中国科学院院士、南京大学常务副校长郑海荣将磁共振比作“一架精密的钢琴”，不同序列就是不同曲谱，能够生成不同图像。他强调了磁共振在脑机接口研究中“不可替代”的地位，并指出与侵入式电极相比，无创磁共振的价值往往被低估。

从天津启程，迈向产业新篇章

技术突破之后，更大的挑战是如何将“能做”转化为“大规模可用”。在大会上，磁共振脑机接口创新联盟正式成立。

范秋筠向记者表示，2010年前后，磁共振梯度场强的市场主流仅为40mT/m。科研院所提出更高的成像需求后，企业积极跟进工程化研发，最终逐步升级为临床标准。因此，她认为脑机接口目前的问题不在于“技术没人做”，而在于“需求不清晰”和“各方不知道别人在做什么”。联盟的核心作用正是将分散在各处的临床需求、科研能力和产业资源汇集起来，让上下游各方了解彼此的需求和进展。

这也是磁共振脑机接口创新联盟成立的初衷。目前，联盟首批成员涵盖了天津大学、清华大学、浙江大学、中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院等国内顶尖高校院所，天坛医院、环湖医院等多家头部三甲医院，以及联影医疗等产业链核心企业。

联影集团董事长薛敏在大会发言中表示：“脑机接口的发展需要创新链、产业链、人才链、资金链的深度联动和跨界融合、开放协同。这一前沿技术的发展既离不开基础研究的持续突破，也离不开临床需求的牵引、工程技术的支撑和产业转化的推动。面向未来，联影期待与全国所有长期热爱、积极探索并致力于推动这一领域发展的同仁并肩同行、开放协作。”

天津大学副校长、脑机交互与人机共融海河实验室主任明东将这一布局放在了更长的历史坐标中审视。他在致辞中回顾道：“2003年国家自然科学基金委举办了第一届脑机接口学科研讨会，地点就在天津，由此吹响了中国正式进军脑机接口领域的集结号。”二十三年后，天津已经形成了全国首个脑机接口综合实验病区、首个脑机接口国资产业集团、首个面向脑机接口的专项基金、首个脑机接口本科专业和一级学科博士点。

作为这一系统化布局的佐证，天津医科大学副校长于春水在大会报告中分享了其团队历时五年、联合三十多家单位完成的一项大规模脑影像研究。该研究揭示了遗传与环境的交互作用对脑健康的复杂影响。研究发现，独生子女的语言和认知能力更强，但这一效应主要通过社会经济状况和父母关爱间接实现；城镇化程度越高青春期启动时间越晚，进而通过塑造年龄影响脑特征；研究还识别出500多个显著的基因—环境交互过程，对精准用药和疗效预测至关重要。

因此，真正有效的脑机接口需要将个体的遗传背景和环境暴露史纳入考量。这需要大规模、多维度的脑影像数据作为基础。而跨机构的数据积累，恰恰是联盟可以发挥平台作用的领域。

回望这场大会，一个清晰的信号正在浮现——磁共振与脑机接口的融合正在推动脑机接口研究从“输入—输出”的黑箱模式走向基于微观神经机制的可理解、可干预、可验证的新范式。

（徽声在线记者 李阳）