在寂静的太空中，一位航天员仅凭“意念”向空间站的机械臂发出指令。这不是科幻电影，而是脑机交互与人机共融海河实验室在中国空间站完成的真实一幕——人类首次“太空脑机接口实验”。
2026年1月12日，脑机交互与人机共融海河实验室通过官方渠道披露了这一里程碑式的技术突破。该实验室由天津大学牵头，于2023年3月成立，是天津市对标国家实验室建设的第六家海河实验室。
事实上，早在2016年天宫二号与神舟十一号任务期间，同一团队就已完成了人类首次太空脑-机交互实验的早期探索。十年磨一剑，这项技术如今已迭代至第五代空间站在轨脑机交互系统。
01 技术跨越
实验室主任、天津大学副校长明东教授介绍，团队已形成 “从高性能器件、芯片、算法到系统集成” 的全链条技术布局。
中国空间站在轨脑机交互系统成功完成了 “国际首次在轨脑-机交互空间适应性测试” 。该系统通过解码航天员的脑电信号，实现了太空环境下的“自由手”操作，并能根据航天员认知功能状态自动分配人机任务。
技术的核心是非侵入式脑机接口，团队力图用无创手段实现有创精度，已在控制指令数量、脑电识别精度和信息传输速率上创造了国际纪录。
02 太空应用
据明东教授披露，团队已设计开发五代空间站在轨脑机交互系统。该系统已在中国空间站应用，服务于航天员功能状态与情绪状态的精准检测，实现了航天员效能增强，为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供关键技术支撑。
太空脑机接口系统经历了五代迭代发展：
| 系统代际 | 主要特点与应用 | 技术里程碑 |
|---|---|---|
| 早期探索 | 天宫二号任务中的首次太空脑-机交互实验 | 验证太空环境下脑电信号采集可行性 |
| 第一代 | 基础信号采集与简单指令识别 | 实现在轨基础交互功能 |
| 第二代 | 提高信号稳定性与抗干扰能力 | 适应空间站复杂电磁环境 |
| 第三代 | 多维状态监测与自适应算法 | 实现航天员状态实时评估 |
| 第四代 | 高效能人机协作与任务分配 | 支持复杂操作任务 |
| 第五代 | 全链条集成与效能增强系统 | 应用于多次载人飞行任务，形成完整保障体系 |
03 地面支撑
为了深入研究太空环境对大脑的影响，团队建立了完整的地面模拟系统。研究小组负责人杨佳佳教授介绍，他们通过 “30度尾吊”方法模拟微重力环境，使小鼠体液重新分布，类似航天员在太空中的生理变化。
研究人员还引入天宫二号采集的真实太空声音作为噪声干扰，并模拟狭小空间与昼夜节律紊乱，全面复现太空环境。
通过高精度神经成像技术，团队发现前额叶皮层是应对太空环境变化的关键脑区，并开发了超声干预技术，为修复空间环境引发的神经功能异常提供解决方案。
04 产业化探索
在临床应用领域，天津大学研制的 “神工”脑机交互创新医疗器械全谱系产品已相继问世，逐步覆盖脑卒中康复、脊髓损伤运动辅助、抑郁诊疗、听觉障碍诊疗等临床场景。
值得注意的是，该团队研发的新型软梳电极可作为湿电极的有效替代，已获发明专利并有望年内上市。
同时，团队还开发了国内首款脑机采集芯片、微型脑机接口系统和国产脑机接口软件平台。
| 应用领域 | 具体产品与系统 | 主要功能与特点 |
|---|---|---|
| 航天领域 | 五代空间站在轨脑机交互系统 | 航天员状态监测、人机效能增强、自由手操作 |
| 医疗康复 | “神工”系列脑机交互医疗器械 | 脑卒中康复、脊髓损伤运动辅助、抑郁诊疗 |
| 神经疾病 | 脑控外肢体手指机器人系统(“灵犀指”) | 帮助脑卒中患者恢复手部功能 |
| 创新探索 | 片上脑机接口智能交互系统 | 使用培养的“类脑组织”控制设备，低功耗、快速学习 |
05 未来布局
2025年5月，国内首个面向脑机接口产业发展的专项基金——脑机海河实验室基金正式发布，旨在建立创新投资模式，撬动社会资本支持脑机全产业链发展。
实验室通过赋予科研人员科技成果处置权、使用权、收益权等自主权，打通科研创新、科技成果转化、产业创新的接口。在自主研发的20多个 “神工”系列脑机接口医疗器械产品中，多个已获得国家医疗器械注册证。