协力突破，只为唤醒神经核心

成年人的大脑皮层面积大约有0.22平方米，相当于A4纸大小的三倍多，密布着将近140亿个神经元，这里也是人体神经系统中最复杂、最重要的中枢。想要准确弄清楚各个功能区域的位置和作用，难度可想而知。

如果能精确地划分出大脑皮层的功能区域，再结合每个人独有的脑部特征绘制个体化脑图，就能实现针对性的神经疾病治疗。在经过多年的技术攻关后，刘河生团队不断优化脑功能区定位手段，终于能又快又准地为患者绘制个性化脑图，并研发出无创干预脑功能区域的装置。近年来，这项划时代的无创脑刺激系统率先获得了临床准入，用于帕金森等多种疾病的治疗，取得重大突破。

锁定“功能地图”

“仅靠影像技术是分辨不出抑郁症、帕金森病、阿尔茨海默症这些神经系统疾病的，现有的大脑分区方式在个体诊断环节准确率极低。”刘河生在接受采访时直言。

肿瘤可以找到靶点进行针对性治疗，那神经系统疾病能否同样找到“个性化”靶点呢？刘河生坦言：“这项研究跨足了电子工程、临床医学和认知神经科学等领域，市面上根本没有现成方案，基本属于从零开始。”

为摸清帕金森患者脑区与疗效之间的关系，团队先后针对接受手术治疗的患者，采用多种深部电刺激方式，并通过长时间、多轮次的脑部扫描，不断检测干预效果。

每一次刺激与疗效的分析量成倍增长，团队成员只能一格一格对照影像，一点一滴核查脑区信号，生怕漏掉任何蛛丝马迹。电脑屏幕上的电信号曲线一团乱麻，算法每升级一轮，图像就清楚一分，但始终难以成功串联出有意义的信息。

既然现有算法不行，干脆自己开发。随着算法反复迭代，原本微弱的信号被一次次放大，团队终于提炼出能代表功能区的“核心信号”。

实验一次次开花结果，团队的动力越来越足。刘河生笑称，“连续几天住在实验室都习惯了，反而觉得越攻坚越带劲。”最终，他们发现：一致的刺激方式能在特定脑区带来近似变化。

这意味着，他们离揭开大脑的奥秘又向前迈进了一大步。

为了验证自己的推断，2020年，昌平实验室鼎力支持下，对数百例帕金森病患者进行了核磁共振影像检查。凭借先进的影像技术和多模态分析系统，研究团队确认：大脑“躯体认知网络”与基底节、丘脑等脑区之间异常连接，在帕金森患者中反复出现，这是首个被明确锁定的有效干预靶点。

专属“脑地图”诞生

方向有了，团队开启为患者定制个人专属脑图的攻关。

最大障碍就是处理速度。刘河生说，大脑皮层的磁共振数据量庞大，即便调用当年的超级计算机，分析一个病人的数据，有时也得几十小时。

彼时，一个病人的数据分析竟然要两天时间。“医生可以等，病人等不起。”刘河生谈到，能否把时间压缩是临床转化的关键。

更棘手的是信号缺失。团队成员任建勋回忆，部分患者因脑梗或损伤，脑区数据出现断层、缺失，处理过程常常提示“无法计算”。

欲善其事，必先利其器。

团队决定从源头改造工具。“我们原本用的还是20多年前国外开发的算法，根本跟不上当前影像数据量的需求。”任建勋说。

正赶上生成式对抗网络模型问世，团队果断探索开发定制模型处理数据。这种模型能自动模拟补充缺失的脑部信号，效果和大模型里的数据修复类似。

团队用自己脑部数据做实验，故意删掉部分真实信号，用模型生成后再比对。

当补偿信号与真实信号完全吻合时，大家信心大增。任建勋说，“看到屏幕上测试信号完全重叠时，所有人都感到激动，但没有立刻停下，直到所有样本测试均一致，才敢下结论。”

几年间，随着人工智能技术升级迭代，团队对算法不断升级。2022年推出快速皮层重建，2024年又开发出高效皮层配准算法，把原来最耗时的分割、重建等环节全部细化，基于新AI模型极大提升速度和效率。

那些传统算法无法完成的个体脑图，如今已能一气呵成。2025年，团队实现了半小时内完成所有数据预处理，为临床应用扫平障碍。

无创“神经激活”

拥有个体脑图，只是第一步，接下来需要将它应用到患者实际治疗上。

刘河生介绍，以往的脑深部电刺激手术费用高昂且需植入电极，国内推广率很低。“因此我们下决心攻克无创干预技术。”

任建勋补充道，他们利用特定频段的电磁信号激发指定脑功能区域，以磁场刺激激活、修复损伤的神经环路。

说起来简单，实施起来难度极高。首先要找到干预目标区，再将磁场发射器精准定位，还要保证设备跟随患者微小动作灵活调整。“治疗期间，患者难以保持完全不动，设备和导航系统必须联动自适应。”任建勋说。

团队起初采购了国外导航系统，可却因依赖红外光学定位导致效率低下。刘河生表示，进口方案无法满足需求。

于是团队自力更生，尝试超声、可见光等多种方案，最终选择国产相机做视觉定位。

技术预研时进展顺利，实际运行却又曝出新难题——每张图片要单独处理，系统常因卡顿“转圈圈”。

为解决此困扰，科研团队将数据处理流程逐项拆解和优化，效果却始终有限。一次讨论会上，大家提出将多帧图片共性信息归纳再统一处理，大大提升了运算效率。“算法和操作流程优化后，总算解决卡顿。”任建勋说。随后团队还一一化解了识别误差、设备对接和导航协作等“老大难”问题，终于完成全球首款无创精准脑刺激设备。

2025年12月，这一设备入选国家高端医疗装备推广应用名单。目前，国内已有十余家医院将其用于帕金森等疾病治疗，与传统手术费用相比，价格不到十分之一，大幅提升了患者获得治疗的机会。

“这一突破彰显了中国团队的原创创新能力。通过昌平实验室等平台多学科联合攻关，不仅抢占了生命科学前沿，为众多神经退行性疾病患者带来了真实希望，也为健康中国建设注入了更多动力。”中国科学院院士、昌平实验室主任谢晓亮表示，“解决临床难题是医学工作的重心，我们未来还将不断推出原创创新成果，持续为人民健康保驾护航。”