自研脑机接口芯片，这家杭州企业实现高精度汉语神经解码！

2025年11月11日，由芯原股份主办的“第四届南渡江智慧医疗及康复产业高峰论坛”于今日在海口正式开幕。本次论坛聚焦脑机接口、数字疗法、康复机器人等前沿科技与医疗健康的融合，旨在推动产业创新与跨界合作。杭州西湖灵犀科技有限公司（以下简称“西湖灵犀”）的联合创始人、西湖大学研究员杨杰博士做了题为《脑机接口底层技术：从高集成芯片到汉语神经解码》的主题演讲，介绍了西湖灵犀科技在高通量脑机接口芯片与汉语神经解码方面的最新突破。

脑机接口技术一直是近年来最为热门的研究领域之一。目前脑机接口技术主要分为侵入式（如植入芯片）、非侵入式（如EEG头戴设备）和半侵入式（如皮层电极）三大类。由于大脑的信息的收发是通过神经元来完成的，所以脑机接口需要通过“传感器”来监听神经元的活动，而传感器（神经电极）距离神经元越近，信号的清晰度就会越高。因此，侵入式的脑机接口技术相比两外两类可以获得更高清晰度的脑电信号，但是这类技术的门槛也更高。

埃隆·马斯克旗下的明星脑机接口公司Neuralink被业界所熟知，其选择的就是侵入式脑机接口技术，主要是利用一台神经手术机器人向人脑中植入数十根直径只有4-6微米的“线”以及专有高通量芯片，可以直接通过无线的形式读取大脑信号。与以前的侵入式脑机接口技术相比，该技术对大脑的损伤更小，传输的数据也更多。目前Neuralink的在人体临床实验中已经获得了一些成果。

得益于西湖大学先进神经芯片中心（CenBRAIN Neurotech）和自然语言处理实验室数年的研究积累，由西湖大学于2022年孵化的初创企业——西湖灵犀科技的研究方向就是侵入式脑机接口系统的底层技术，目前主要集中在植入式脑机接口芯片和汉语神经解码算法两块，希望通过芯片和算法的协作来读懂大脑，与大脑进行对话。

侵入式脑机接口技术的发展方向：高通量、芯片化

回顾过去二十多年来的侵入式脑机接口技术的发展历程和过去十多年的人体实验，植入的脑机接口系统正在加速向着高通量、可以完全植入大脑的系统的微芯片化方向发展，其能力也从恢复人的运动功能，发展到了恢复人的高级认知功能。

所谓高通量是指，脑机接口系统可以拥有更高的通道，这也决定了其可以读写更多的神经元数量。数据显示，人脑有800亿个神经元，需要多少的通道才能够解读大脑，没人知道，但是可以肯定的是，通道数一定会持续增长。脑机接口领域也应该有一个“摩尔定律”，即每隔18个月可以读写的脑机接口神经元数量细胞应该翻一倍。随着数据通量越来越大，就能够获得更多的数据，从而可以完成更加智能的解码，实现更强大的应用。

比如，在2000年时，侵入式脑机接口系统还是只有10个通道的神经系统数据采集，只能可以通过人眼或利用运动想象控制光标选择字符来实现脑控打字；到2010年时，侵入式脑机接口技术已经实现100个通道的神经系统数据采集，可以实现对一个机械臂的控制；2020年以后，侵入式脑机接口技术已经开始达到了超过1000个通道的神经系统数据采集，患者可以通过脑机接口来控制赛车。

目前，众多的脑机接口企业都开始将系统集成的脑机接口转化为集成度更高、体积更小（可以完全植入到人的大脑中，对大脑的潜在损伤风险也更低）、更高通量（可以实时采集到人大量神经信号）、功耗更低（可以更长时间保留在人脑内进行工作）的脑机接口芯片。

杨杰博士表示：“我们团队一直在开发高通量的全植入的脑机接口芯片，同时也在做脑语言的解码，这是我们的优势所在。我们希望把这两个优势结合起来，即通过高通量的植入式脑机接口芯片实时采集大量的神经信号，然后通过体外的设备进行脑语言解码，使得一些渐冻症或中风不能说话的患者，可以通过脑机接口技术恢复语言表达能力。”

植入式脑机接口芯片的两大难点：低功耗、小型化

在杨杰博士看来，高通量脑机接口芯片的研发面临两大难点：一个是低功耗、一个的芯片的体积如何更加的小型化。

为什么需要低功耗？因为，把芯片植入到大脑中，需要考虑到芯片发热会导致组织损伤，所以从安全性上来说，需要低功耗的芯片。而芯片体积越小，功耗也就可以越小，并且植入也可以更加的微创。

“对于一款典型的植入式的高通量脑机接口芯片来说，其60%的功耗都很消耗在数据传输上。现在所用的传统的数据传输，比如说蓝牙，功耗虽然低但是没有办法达到高的带宽。像WiFi带宽虽高，但是没有办法放到大脑中。过去十年来，学术界一直努力提升脑机接口的高能效通讯。”杨杰博士解释道：“2016年开始，在学术界的努力中，脑机接口通讯的能耗提升10倍，通讯的速率也提升到了Gbps。”

高通量脑机接口芯片小型化则是第二个挑战。因为，目前的脑机接口芯片的面积相对于神经元、电极来说，仍然还是太大。这将导致神经信号会受到放大器中的热噪、闪烁噪声以及工频等干扰。此外，之前典型的脑机接口芯片单个通道的面积应该在0.02mm²到0.2mm²之间，但是相比之下神经元和电极面积非常小，电极和芯片之间严重失配。为了解决这个问题，需要努力降低脑机接口中每个通道占据的芯片面积。

从近几年全球高通量脑机接口芯片的小型化发展趋势来看，自2021年的每通道0.0077mm²，到今年西湖大学实现了技术突破，已经做到了每通道0.0011mm²。总体来讲，过去5年的发展中，脑机接口芯片的每通道面积大约缩小20倍，规模扩展至数百个乃至上千个通道，实现了系统集成度的突破。

根据杨杰博士公布的数据对比来看，西湖灵犀科技的脑机接口芯片经过迭代，目前采用的是相对先进的40nm制程工艺，做到256个通道，虽然在通道数、单通道面积上依然落后于马斯克的Neuralink，但是在噪声和功耗表现上已经领先Neuralink，达到了国际先进水平。

△西湖灵犀科技自研的脑机接口芯片

发力汉语大脑语言解码：实时解码准确率超70%

正如前面所介绍的，当能够通过高通量脑机接口芯片获取到足够多的大脑数据后，接下来的面临的难题就是如何来解码这些数据。

近年来，国外的研究机构在面向英文的脑语言解码中做了非常多的研究工作。从开始的运动解码，到音素解码，到2025年已经可以实现实时语音合成和实时音速解码（文字），可以说发展的很快。

在汉语的脑语言解码方面，西湖大学在2023年的时候就率先提出了自己的解码方案，目标是把整个汉语所有的汉字或者是发音的方式放进来。由西湖大学孵化的西湖灵犀科技在成立之后，也一直在发力中文的脑语言解码工作，并且在今年也已经实现了韩语的脑语言的实时自然语言重建。

“语言的发音非常严谨或者说有着清楚的神经控制，依赖于大脑皮层到脑干，再经脑神经支配发音肌肉的通路，最终通过声道肌肉振动把音发出来，信号传递也有清晰的路径。最后发音执行，通过声道肌肉收缩，形成不同的声道购型，实现元音、辅音的发音。”杨杰博士解释称：“从不同的语言来看，英文拥有超过4000个不同的音节，相比之下汉语仅有407个常用音节（21个声母、35个韵母和4个声调构成所有的音节），并且汉语的音节非常有规律（声母发音机制中有个非常明确的运动对应关系，比如发音的方式中包含了爆破音、摩擦音、鼻音等。这些都有对应的神经信号），通过人工智能技术进行预测，能够更快的预测出患者想要说出的字词。”

基于上述汉语的脑语言解码机制，西湖灵犀科技开发了针对汉语声母和韵母进行解码的算法网络，可以从脑神经信号中解码出患者发音部位和发音方式相关的属性，再利用该属性进行排列组合，解读出发的是哪个声音。

据杨杰博士介绍，在医院环境下构建的针对癫痫患者构建的解码方案，通过植入大脑的电极实时传输大脑信号（让患者大脑想某个的字，这个时候他嘴巴有动作，但是没有声音，系统快速的对他脑子里想象的字进行解码），目前可以做到所有被试中准确率最高超过70%，在4个到8个字符组成的字中，字符准确率超过50%。该方案的特点是可以覆盖所有汉字的发音，系统可以实现每分钟30个汉字连续实时脑信号解码。

需要指出的是，该实验是通过植入大脑的电极实时传输大脑信号，并没有通过植入式脑机接口芯片来采集信号，这也使得最终的解码准确率最高只有70%。而根据之前的相关报道显示，西湖灵犀科技研发的脑机接口芯片能够让汉语脑语言解码实现超过90%准确率。

“我认为侵入式脑机接口向着高通量、全植入方向发展，适用范围不断拓展，已经从运动来到了语言。并且，随着芯片技术持续发展，高通量、全植入脑机接口中功耗和面积挑战，正在被逐步解决，脑语言解码正在取得突破性的进展，将逐步从实验探索到产业化应用的阶段。”杨杰博士透露：“灵犀科技已经完成了原理验证，可以在实验环境下将中国人的脑电波解码成中文，团队正在继续进行技术攻关，以尽快完成硬件设计和生产，预计很快将会实现产业化。”

编辑：芯智讯-浪客剑