腦機接口技術(shù)應(yīng)用邁出堅實一步

圖為2024服貿(mào)會上，工作人員在為參觀者講解使用非侵入式腦機接口技術(shù)的腦控神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練機器人。記者 戚曉毅 攝

  用意念控物，已邁出從科幻走向現(xiàn)實的堅實一步。近日，在國際腦機接口大會上，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院院長毛穎透露，上海首例腦機接口產(chǎn)品臨床試驗植入手術(shù)的患者目前恢復(fù)過程順利，已經(jīng)可以通過氣囊手套輔助，自己用杯子喝水。

  業(yè)界稱，腦機接口產(chǎn)業(yè)正在中國蓬勃發(fā)展，已有植入式產(chǎn)品進入創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序，未來癱瘓患者、中風(fēng)患者、抑郁癥患者等，都將受益于這項技術(shù)。

  “意念控物”走向現(xiàn)實

  于2024年11月在上海華山醫(yī)院接受腦機接口產(chǎn)品植入手術(shù)的患者今年38歲，因車禍造成頸椎脊髓損傷，導(dǎo)致手部無法抓握、無法站立，且4年康復(fù)無改善。如今，他的人生因為科技徹底改變。

  “我們只用了3.3分鐘就快速精準(zhǔn)地定位了手部運動／感覺腦區(qū)，大大縮短了手術(shù)時間。”毛穎介紹，此次手術(shù)首次采用了“在線時域空域腦功能定位系統(tǒng)”，定位偏差在毫米級精度范圍內(nèi)，無須術(shù)中喚醒患者，僅用時1小時40分鐘。

  記者獲悉，該患者此次植入的是博睿康醫(yī)療科技（上海）有限公司與清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院洪波教授團隊合作開發(fā)的腦機接口產(chǎn)品。這也是博睿康這款產(chǎn)品在全國的第三例臨床試驗植入手術(shù)。

  前兩例患者的恢復(fù)進展同樣讓人振奮。洪波介紹說，第一例患者曾遭遇嚴(yán)重車禍導(dǎo)致四肢癱瘓14年，手術(shù)前，手部功能完全癱瘓，但實施手術(shù)半年后，現(xiàn)在可以靠自己腦信號的指揮，抓握勺子進食和喝水；第二例患者也因車禍引起脊髓損傷，如今“這名患者已經(jīng)能夠‘腦控’輪椅出門去逛超市，而且完全靠自己的意念控制輪椅拐彎與前行。”

  據(jù)悉，2024年8月，博睿康這款產(chǎn)品成為我國首款進入創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序的腦機接口產(chǎn)品。洪波稱：“明年，這臺我們自主研發(fā)的NEO腦機接口設(shè)備將在全國十個中心完成30至50例腦機接口植入的臨床試驗。未來，中西部地區(qū)同種病例患者也有機會參與臨床試驗。”

  三大技術(shù)路線齊頭并進

  作為一門未來產(chǎn)業(yè)，腦機接口技術(shù)近兩年在全球得到了蓬勃發(fā)展，創(chuàng)新成果頻出。

  2024年1月30日，埃隆·馬斯克宣布其腦機接口公司Neuralink完成首例人類大腦設(shè)備植入手術(shù)。2024年2月20日，馬斯克在社交媒體上透露，Neuralink公司首位植入大腦芯片的人類患者成功地利用意念控制了電腦鼠標(biāo)。與博睿康產(chǎn)品技術(shù)路線不同，Neuralink采用的是“侵入式”腦機接口技術(shù)路線。

  記者了解到，目前腦機接口“技術(shù)路線”可大概分為三種：侵入式、非侵入式以及半侵入式。

  以博睿康腦機接口設(shè)備為例，由電極、體內(nèi)機和體外機組成。其中，采集信號的電極放置在顱骨內(nèi)、硬腦膜外，可歸類于“半侵入式”，其特點在于微創(chuàng)。事實上，電極放置位置，也是不同技術(shù)路線最鮮明的區(qū)別所在。馬斯克Neuralink公司的技術(shù)路線則是將電極等信號記錄裝置植入硬腦膜下的大腦皮層，進行高通量的神經(jīng)信號采集，可歸為“侵入式”范疇。

  國內(nèi)另外一家腦機接口新秀“腦虎科技”采用的技術(shù)路線，則是將其采集信號的電極放置在硬腦膜內(nèi)、大腦皮層外。記者獲悉，目前腦虎科技也已完成幾十余例臨床試驗，實現(xiàn)了漢語合成和運動重建。

  此外，一些非侵入式腦機接口設(shè)備也相繼出現(xiàn)。2024年9月份，美國一家腦機接口初創(chuàng)公司Neurable發(fā)布了耳機款腦機接口設(shè)備，據(jù)稱可幫助提高注意力。

  如何更好理解腦機接口不同技術(shù)路線之間的區(qū)別？中科院上海微系統(tǒng)所副所長、腦虎科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家陶虎解釋稱，腦機接口作為未來產(chǎn)業(yè)和前沿技術(shù)，大家關(guān)注的技術(shù)方向區(qū)別很大。“不過這些技術(shù)方向并沒有優(yōu)劣之分。技術(shù)最終落地，取決于不同應(yīng)用場景下的穩(wěn)妥選擇。”

  “侵入式腦機接口，其優(yōu)勢是電極與大腦的神經(jīng)元近距離接觸，能進行高通量、高質(zhì)量的神經(jīng)信號采集，但組織損傷、炎癥反應(yīng)等風(fēng)險比另兩種技術(shù)路線高；非侵入式腦機接口技術(shù)風(fēng)險很低，但能夠提取的大腦信號精度較低，能完成的功能受限。在腦機接口信號性能和病患創(chuàng)傷之間取得平衡，讓患者最大限度受益，可以說是這個行業(yè)的‘第一倫理’。”陶虎說。

  產(chǎn)業(yè)持續(xù)獲得突破

  培育未來產(chǎn)業(yè)，是上海建設(shè)國際科創(chuàng)中心的重要內(nèi)容。兩年前發(fā)布的《上海打造未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來產(chǎn)業(yè)集群行動方案》提出：要加速“非侵入式”腦機接口技術(shù)、腦機融合技術(shù)、類腦芯片技術(shù)、大腦計算神經(jīng)模型等領(lǐng)域突破，探索腦機接口技術(shù)在肢體運動障礙、慢性意識障礙、精神疾病等醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

  2020年，陳天橋雒芊芊研究院（TCCI）第一個腦科學(xué)前沿實驗室，在上海華山醫(yī)院虹橋院區(qū)落成投入使用。實驗室包括了腦機接口、睡眠夢境、認知評估、數(shù)字醫(yī)療等多項內(nèi)容，以國際化和產(chǎn)業(yè)化為核心特色，進一步支持腦科學(xué)研究。積極推進腦機接口前沿技術(shù)創(chuàng)新，上海已孵化落地博睿康、腦虎科技、階梯醫(yī)療等創(chuàng)新型企業(yè)。

  腦機接口產(chǎn)業(yè)下一步怎么走？一線從業(yè)者給出了自己的看法。

  洪波表示，腦機接口在神經(jīng)信號采集、無線供能和通訊方面，目前缺乏成熟的芯片解決方案，團隊正在與上海的高校和企業(yè)合作進行針對性的研究。他表示，希望在未來3-5年內(nèi)不斷迭代其植入腦機接口產(chǎn)品，“使它越變越小，通道數(shù)越來越大，最終成為連接大腦和外部設(shè)備的革命性界面。”

  據(jù)陶虎介紹，目前腦虎公司自研的微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機接口系統(tǒng)，在部分領(lǐng)域打破了國外技術(shù)壟斷，且公司在柔性電極、生物材料、芯片設(shè)計、核心算法、數(shù)字腦庫、植入方式等諸多環(huán)節(jié)實現(xiàn)了突破。“未來我們希望推進高通量柔性腦機接口系統(tǒng)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，更好賦能重大腦疾病診療，幫助漸凍癥、高位截癱等患者重建語言和運動功能。”

  “我們希望經(jīng)過多次磨合，能為臨床與產(chǎn)業(yè)相互協(xié)調(diào)培養(yǎng)一支非常好的隊伍。后續(xù)隨著新型腦內(nèi)植入物不斷革新，大腦多個功能也將逐步被更好地理解。”毛穎認為，未來腦機接口會是生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的一個重要發(fā)展方向。“有理由相信，在大量病例訓(xùn)練和技術(shù)迭代基礎(chǔ)上，未來會有更好更適用的臨床場景。腦機接口主要是對‘腦’和‘機’進行研究，只有實現(xiàn)了‘腦’和‘機’的交互，才是真正的腦機接口，這一領(lǐng)域涉及非常前沿的產(chǎn)業(yè)集群，包括醫(yī)學(xué)、材料、集成電路等等，未來發(fā)展空間巨大。”

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