你是否想过，未来某天，人们可以像上传文件一样，把感官信息直接发送到大脑里？这听起来像是科幻情节，近日，一篇发表在国际杂志Nature Neuroscience上题为“Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception”的一项研究报告让这个梦想离现实更近了一步，文章中，来自美国西北大学的科学家开发出一款微型、全植入、无线控制的光遗传学芯片，其能直接通过头骨向大脑皮层发送光信号，让小鼠学会识别并响应这些“人工感知信号”，整个过程，完全不需要眼睛、耳朵或皮肤参与。
这意味着，人类首次实现通过无线、无创伤方式向大脑传递可识别的人工信息，为下一代脑机接口和感官修复技术奠定了重要基础。
感官障碍与脑机接口的“下一站”
全球有数亿人受感官障碍困扰：仅视力受损者就超过2.2亿，听力损失人群约4.66亿，还有因脊髓损伤或肢体缺失导致触觉反馈缺失的患者。传统助听器、人工耳蜗或假肢虽然能部分替代功能，但往往无法恢复自然的感官体验，且与大脑的“沟通”效率有限。
近年来，脑机接口技术逐渐成为研究热点，马斯克的Neuralink等公司也推动了公众对“脑控”技术的关注。然而，现有技术大多依赖电极植入，存在侵入性强、信号稳定性差、易引发免疫反应等问题。能否开发一种更温和、更稳定、又能精准传递复杂信息的脑接口？这项研究给出了一个光明的答案。
邮票大小的芯片，如何点亮大脑的“理解力”？
这项研究中，研究人员设计了一款柔软、超薄、完全植入式的无线光刺激装置，其像一片创可贴一样贴合在头骨上，无需穿透颅骨，就能通过64个微米级LED灯向大脑皮层发射可编程的光模式。这些光信号能穿透头骨，激活经过基因编辑、对光敏感的神经元。关键在于，这些光不是简单“开或关”，而是可以组成不同的时空模式—就像摩斯密码一样，让大脑学会“解读”不同光组合的含义。
主要发现：小鼠如何“读懂光”？
（1）大脑能学会识别人工光信号。研究人员训练小鼠将特定的光模式（例如某四个脑区按顺序点亮）与奖励关联。在众多干扰模式中，小鼠能稳定识别出“目标光码”，并做出正确行为选择—比如走到对应端口获取奖励。这表明，大脑确实能将非自然的光信号转化为有意义的感知。
（2）无线、无外部硬件、全植入。与传统光遗传学需要光纤插入大脑或外接设备不同，这款芯片完全植入皮下，通过无线供电和通信，小鼠可以自由活动、社交，几乎不受影响。这为长期、稳定的脑接口应用扫清了重要障碍。
（3）模拟自然的分布式神经激活。真实的感官体验（如触觉或视觉）通常会激活多个脑区组成的网络，而非单个点位。这款芯片的多LED阵列设计，能同时刺激多个皮层区域，更贴近大脑处理真实信息的方式，也为传递更复杂的感知信息提供了可能。
（4）从“开关”到“编码”的跨越。此前团队已实现无线控制单个脑区神经元，这项研究升级到64个可独立编程的LED，组合模式接近无限，意味着未来可以向大脑传递更丰富、更具层次的信息流，甚至模拟真实感官的神经活动模式。
为什么这项技术如此重要？
（1）为感官修复提供全新路径：未来或许能通过类似设备，向视觉皮层输入模拟图像的光模式，帮助盲人“看见”轮廓；或向体感皮层输入触觉信号，让假肢使用者重获“手感”。
（2）推动脑机接口向“感知输出”迈进：当前脑机接口多关注“读取”大脑信号（如运动意图），这项技术则实现了“写入”感知信息，双向闭环沟通成为可能。
（3）基础科研的强大工具：科学家能更精准地研究大脑如何编码和处理感知信息，甚至探索意识与感知的神经基础。
这项研究还只是起点，下一步，研究人员还计划测试更复杂的光模式，探索大脑能区分多少种不同信号，并尝试扩大阵列规模、使用穿透更深的光波长。未来，这类技术可能不仅用于修复缺失的感官，还能用于疼痛调控、卒中康复、情绪调节甚至增强认知。当然，从动物实验到人类应用仍面临诸多挑战：安全性、长期生物相容性、伦理规范以及如何编码更复杂的感官信息等，都需要持续探索。
参考文献：
Wu, M., Yang, Y., Zhang, J. et al. Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception. Nat Neurosci (2025). doi：10.1038/s41593-025-02127-6
