Science 提出体内组网方案，让可穿戴设备唤醒植入节点

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论文信息：An in-body networking system for communication between wearable and implantable therapeutics

发表时间：2026-09-24

发表期刊：Science

先从闭环系统的问题说起

未来的神经接口可能不再只靠一块植入大脑的电极。它更像一组分散在身体不同位置的设备：有的负责感知，有的负责刺激，有的贴在体表，有的留在体内。设备一多，问题就变得很实际：这些节点怎样稳定、低功耗地交换信息？

2026 年 9 月 24 日，Science 发表了 Georgia Tech 团队的研究 An in-body networking system for communication between wearable and implantable therapeutics。作者提出的 SWANS（Smart Wireless Autonomous Networking System）没有沿着“给植入物换更强天线”的思路往前走，而是利用身体组织本身的导电性传递信号。

Fig. 1｜SWANS 的总体构想：可穿戴设备、皮下或体内植入物通过组织中的瞬态电场通信。图源：原论文。注：当前交付图为论文图像资源，若发布端要求与 Science 官网完全一致，建议以官网带完整标注版本复核替换。

多个体内节点通信，为什么这么难？

今天的智能生物电子设备已经能做很多事。起搏器调控心律，神经刺激器调节神经活动，胰岛素泵参与闭环给药，植入式传感器也可以长期记录生理状态。单个设备可以独立工作，但多设备协同时，通信链路会很快成为限制。

蓝牙低功耗通信需要相对完整的射频组件，信号穿过人体组织时效率也不理想。NFC 和电感耦合可以给小设备供能或传信号，但外部线圈和植入物之间通常需要比较准确的对准。对长期留在体内、尺寸尽量小、还要随时等待指令的设备来说，这些要求都不轻松。

这篇文章的思路是换一个入口：人体组织原本就能传导离子电流和电位变化，那么能不能把组织从无线通信的阻碍，改造成通信介质？

SWANS 怎样借身体传信号？

SWANS 的基本机制是，可穿戴端向组织注入低频电压脉冲，在组织中形成瞬态电场。植入节点与组织接触，通过接收端感知局部电位梯度。当信号达到电路阈值时，相应节点被触发。

● 节点选择靠阈值和脉冲编码

不同植入节点可以通过晶体管类型、电阻、电容和比较器等电路参数，被设置成对不同电压幅值或脉冲持续时间响应。这样，一个体表控制端就能用不同指令唤醒不同位置的植入节点。

Fig. 2｜SWANS 从可穿戴传感、信号处理到体内执行节点的通信架构。图源：原论文。注：发布前建议用官网或论文 PDF 的带文字版本核对图注与标注完整性。

论文报告，SWANS 可以在超过 30 cm 的组织距离上传递离子通信信号。与作者测试的 BLE、NFC 等方式相比，它在组织内的有效通信范围更大。更重要的是，植入节点处在监听状态时不需要持续消耗大量功率。作者估计，这种设计可以把通信电路做得足够小，支持毫米级、注射式植入设备。

从工程角度看，这里的取舍很清楚。SWANS 并不追求高速传输脑电或肌电原始数据，它更适合低带宽、低频触发的场景。比如某个传感器检测到一个事件，然后通知另一处植入刺激器启动。它牺牲了数据速率，换来小型化、低功耗和更大的体内覆盖范围。

大鼠实验验证了完整闭环

这项工作和神经接口真正接上，是在大鼠闭环实验里。

研究团队在前肢布置可穿戴应变传感器，同时在后肢坐骨神经附近植入刺激节点。当前肢动作被传感器检测到后，可穿戴控制端生成体内电信号，选择性触发后肢的不同植入节点。节点再通过神经袖套刺激坐骨神经，引发相应后肢运动。

在 3 只大鼠、每种组合 30 次试验中，研究者展示了两个植入节点可以被顺序、独立触发。对照条件下，只有可穿戴脉冲而没有植入节点，或只有植入节点而没有可穿戴触发，都不会引起同样的后肢运动。

Fig. 3｜大鼠闭环实验：前肢传感器检测动作后，经 SWANS 触发后肢神经刺激节点，实现无线双肢运动控制。图源：原论文。注：发布前建议核对图中文字是否完整保留。

这里最有价值的地方，是作者没有停在“电路能通信”。他们把传感、体内通信、神经刺激和运动输出连成了一个闭环。对 BCI 来说，这比单独提高某个无线指标更接近真实系统问题：信号从哪里来，怎样被检测，如何触发执行节点，最后能否产生稳定行为输出。

安全性已有初步数据，但还不够

作者还做了大鼠体内通信与组织学评估。在论文测试的参数范围内，2 个月后皮肤、肌肉、神经、心脏和肝脏组织没有出现作者检测指标上的明显异常；低电压短脉冲也没有观察到对自然心脏或外周神经电活动的明显干扰。

这些结果说明 SWANS 有继续推进的理由，但不能等同于人体长期使用已经安全。后续至少还要回答三件事。

第一，反复离子信号和微针接触会不会造成慢性组织反应。第二，从大鼠到人类，组织厚度、组织异质性和身体尺度都会改变通信条件。第三，SWANS 的通信能力边界需要更清楚地标定，尤其是不同姿势、不同植入深度和长期运动状态下的稳定性。

所以，更稳妥的表述是：SWANS 为低功耗、分布式体内设备提供了一条不同于传统无线通信的工程路径，安全性和可扩展性还需要更长周期的数据。

对 BCI 的启发在系统架构

很多 BCI 文章会把系统画成“神经信号到解码器，再到外部设备”。但真正的闭环神经假体还要处理另一半：身体状态如何被感知，控制指令怎样传到刺激器，刺激后产生的动作或感觉又如何被反馈回来。

从这个角度看，SWANS 讨论的不是一个边缘通信问题。它影响的是闭环系统能不能多节点化、能不能长期工作、能不能把记录和刺激分散到身体不同位置。

当然，SWANS 目前还是动物水平的技术验证。它还没有证明能承载复杂神经解码，也没有证明长期人体植入可行。但它提出的方向值得认真看：下一代神经接口的进展，可能不只来自更强的解码算法，也来自身体尺度的网络架构设计。

原文信息
Ghanim R, Lee YJ, Byun G, et al. An in-body networking system for communication between wearable and implantable therapeutics. Science. 2026.
DOI: https://doi.org/10.1126/science.adz5300

分享人：郭洪泽宇
审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部

● 原文信息与获取方式

DOI：10.1126/science.adz5300

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