脑机接口：从教材“科学·技术·社会”到2026高考题

 

来源公众号：高中生物教与学

脑机接口：从教材“科学·技术·社会”到2026高考题

一、教材中的脑机接口（人教版高中生物选择性必修1P40“科学·技术·社会”）

二、我国研发的“北脑一号”BCI

北脑一号是由北京脑科学与类脑研究所与北京芯智达神经技术有限公司联合研发的高性能侵入式智能脑机系统。该系统采用半侵入式设计，将128通道柔性高密度薄膜电极贴敷于颅骨内硬脑膜外，通过无线信号传输实现神经电信号采集，其信号通量较高，实现了百通道以上高通量无线全植入。2024年6月完成核心部件研发和动物实验验证。2025年3月20日完成无线植入式中文语言脑机接口人体手术。

2025年，该系统在北大第一医院、宣武医院、天坛医院完成5例人体植入，患者群体涵盖脊髓损伤、渐冻症等，其应用功能包括机械臂控制、中文语句解码及肢体康复。在2025年12月4日至5日的2025脑机接口大会上披露，“北脑一号”通过融合卷积神经网络与Transformer架构的神经编解码技术，单字解码时延小于100毫秒，渐冻症患者术后经训练可解码输出62个常用字词，实时解码准确率为52%。其微型体内机尺寸为硬币大小，柔性薄膜电极厚度为6微米。

2026年4月消息称，“北脑一号”植入式脑机接口手术将公开教学级直播。4月20日消息，“北脑一号”已完成10例人体植入，中国脑机接口迈向临床应用。5月19日，全球首例同步植入侵入式脑机接口与时序脊髓电刺激系统的截瘫患者，经临床医学评估证实，神经功能已成功由术前的完全性脊髓损伤恢复至不完全性脊髓损伤。经训练，生活起居逐渐能够自理。6月9日下午，“北脑一号”智能脑机系统临床试验在皖南医科大学第一附属医院（弋矶山医院）正式启动。

三、脑机接口涉及的高中生物学知识点

（一）神经元与神经胶质细胞

1.神经元（神经细胞）

是神经系统结构和功能的基本单位，脑机接口采集的电信号来源于神经元的兴奋传导。神经元可产生、传导神经电信号，包含细胞体、树突、轴突三部分；大脑皮层运动区、语言区神经元活动会产生特征电信号，是脑机接口解码意念、动作指令的基础。

2.神经胶质细胞

脑中数量远多于神经元，但不产生、传导动作电位，仅起支持、营养、绝缘、修复神经元的作用，无法输出有效神经电信号，因此脑机接口检测信号不以其为来源（对应2026湖北高考D选项考点）。

综上分析，BCI采集信号载体是神经元，胶质细胞仅辅助神经组织稳态。

（二）兴奋的产生与传导（脑电信号核心原理）

1.静息电位与动作电位

神经元未兴奋时，膜外正电位、膜内负电位（静息电位，主要由K⁺外流维持）；大脑产生动作意图时，皮层神经元受刺激，Na⁺内流，膜电位反转形成动作电位，大量神经元同步电位变化形成可被电极捕捉的脑电波，即脑机接口采集的原始电信号。

2.神经冲动传导

神经元上以电信号形式传导；植入式微电极阵列、柔性薄膜电极的作用就是捕捉皮层运动区神经元集群的电位变化，再交由计算机解码转化为机器指令（控制假肢、机械臂）。

3.信号对比：非植入式设备仅头皮采集微弱脑电波，信号损耗大；植入式电极贴近神经元，电位信号清晰、解码精度更高，但存在手术创伤风险。

（三）大脑皮层高级神经中枢（语言、运动功能考点）

1.躯体运动中枢（中央前回）

大脑皮层运动区神经元放电对应躯体各部位运动意愿，脑机接口通过采集该区域信号，解析肢体抓取、抬手等动作指令，实现意念控制机械臂、康复机器人（如“神工一号”“北脑一号”控制假肢抓取食物）。脊髓损伤患者传出神经通路受损，大脑运动信号无法传递至四肢，BCI绕过受损脊髓，直接读取皮层信号驱动外部设备，重建运动功能。

2.大脑皮层言语区

·W区（书写中枢）：受损无法写字；患者恢复书写能力，与W区功能相关。

·S区（运动性语言中枢）：受损不能口头说话，仅负责口语表达，和书写功能无关（对应2026湖北高考B选项考点）。

·H区、V区分别负责听觉、视觉语言识别；“北脑一号”中文语句解码技术，依赖大脑语言区神经元电信号解析文字、语义。

（四）反射弧与脊髓损伤病理机制

1.完整反射弧：感受器→传入神经→神经中枢（脊髓/大脑）→传出神经→效应器。

2.截瘫、脊髓损伤患者病理：脊髓作为大脑与四肢的信号中转通路断裂，大脑运动信号无法通过脊髓传到肢体效应器，肢体失去运动能力。

3.脑机接口的修复逻辑：两条路径

①体外通路：读取大脑皮层信号，直接控制机械臂、假肢，替代受损传出通路；

②体内协同（北脑一号临床案例）：同步植入脑机接口+脊髓电刺激系统，重建大脑—脊髓神经信号通路，促使脊髓损伤由完全性转为不完全性，恢复自身肢体神经传导。

4.渐冻症：运动神经元退行性病变，神经元传导功能衰退，BCI可直接采集皮层信号，绕过受损运动神经元，实现文字、动作输出。

（五）内环境稳态、手术与生物安全、生物信息伦理

1.植入手术与内环境稳态

侵入式脑机接口需开颅植入电极，手术可能破坏血脑屏障，引发炎症、感染风险，影响脑组织内环境稳态；非植入式设备无创伤，不会干扰颅内稳态，但信号质量差。“北脑一号”6微米柔性薄膜电极可降低脑组织机械损伤，减少稳态失衡风险。

2.生物信息隐私

脑电波包含个人运动意图、思维、语言等专属生物信息，属于高度敏感生物数据，存储、解析、传输脑电信号必须做好隐私保护，存在信息泄露风险（对应2026湖北高考A选项考点）。

3.医疗应用稳态调节：脑控康复机器人通过反复意念训练刺激神经通路重塑，促进神经突触再生，调节神经系统功能稳态，用于中风、脊髓损伤康复。

（六）突触与神经信号编码拓展知识点

1.神经元之间依靠突触传递信号（电信号→化学信号→电信号），大脑复杂意念、复杂动作由大量神经元突触网络协同活动产生，因此脑机接口需要多通道电极（北脑一号128通道）采集集群神经元信号，单通道无法解析复杂指令。

3.神经编解码技术本质是识别不同突触活动组合对应的电位特征，将复杂神经电信号翻译为人类可读文字、设备可识别控制信号，解码时延、准确率是技术核心指标。

四、2026年高考试题

2.（2026·湖北高考）脑机接口（BCI）技术通过在脑与机器间建立信息通道，帮助脊髓损伤、脑卒中等患者重建部分运动和语言功能。某四肢瘫痪患者在植入我国研发的“北脑一号”BCI后，不仅能脑控机械臂，上肢肌力也显著提升。下列叙述正确的是

A.由于BCI收集的是电信号，无需考虑数据信息的隐私保密

B.植入BCI的脑卒中患者恢复写字能力，说明该患者大脑皮层S区正常

C.识别、解析大脑发出的电信号是BCI帮助四肢瘫痪患者恢复运动功能的难点

D.神经胶质细胞数量远多于神经元，故BCI采集的电信号主要来自神经胶质细胞

答案：C。

A错误。BCI采集的是大脑电信号，这些信号可能反映患者的运动意图等信息，属于高度敏感的生物信息。使用BCI时必须考虑数据隐私和安全保护。

【对应知识点板块：五、内环境稳态、手术与生物安全、生物信息伦理】

B错误。“书写能力”主要与大脑皮层的书写中枢W区有关；而S区通常指运动性语言中枢，与说话、语言表达有关。患者恢复书写能力不能说明S区正常。

【对应知识点板块：（三）大脑皮层高级神经中枢（语言、运动功能考点）】

C正确。BCI要帮助瘫痪患者恢复或改善运动功能，关键是从大脑电信号中识别出患者想要完成的动作，再控制外部设备执行。因此，识别、解析大脑发出的电信号是技术难点。

【对应知识点板块：（二）兴奋的产生与传导、（六）突触与神经信号编码拓展知识点】

D错误。虽然神经胶质细胞数量多于神经元，但大脑中产生和传递主要电信号的是神经元。BCI采集的信号主要来自神经元活动，而不是神经胶质细胞。

【对应知识点板块：（一）神经元与神经胶质细胞（选择题高频考点）】

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