脑机接口技术应用迈出坚实一步

图为2024服贸会上，工作人员在为参观者讲解使用非侵入式脑机接口技术的脑控神经康复训练机器人。记者 戚晓毅 摄

  用意念控物，已迈出从科幻走向现实的坚实一步。近日，在国际脑机接口大会上，复旦大学附属华山医院院长毛颖透露，上海首例脑机接口产品临床试验植入手术的患者目前恢复过程顺利，已经可以通过气囊手套辅助，自己用杯子喝水。

  业界称，脑机接口产业正在中国蓬勃发展，已有植入式产品进入创新医疗器械特别审查程序，未来瘫痪患者、中风患者、抑郁症患者等，都将受益于这项技术。

  “意念控物”走向现实

  于2024年11月在上海华山医院接受脑机接口产品植入手术的患者今年38岁，因车祸造成颈椎脊髓损伤，导致手部无法抓握、无法站立，且4年康复无改善。如今，他的人生因为科技彻底改变。

  “我们只用了3.3分钟就快速精准地定位了手部运动／感觉脑区，大大缩短了手术时间。”毛颖介绍，此次手术首次采用了“在线时域空域脑功能定位系统”，定位偏差在毫米级精度范围内，无须术中唤醒患者，仅用时1小时40分钟。

  记者获悉，该患者此次植入的是博睿康医疗科技（上海）有限公司与清华大学生物医学工程学院洪波教授团队合作开发的脑机接口产品。这也是博睿康这款产品在全国的第三例临床试验植入手术。

  前两例患者的恢复进展同样让人振奋。洪波介绍说，第一例患者曾遭遇严重车祸导致四肢瘫痪14年，手术前，手部功能完全瘫痪，但实施手术半年后，现在可以靠自己脑信号的指挥，抓握勺子进食和喝水；第二例患者也因车祸引起脊髓损伤，如今“这名患者已经能够‘脑控’轮椅出门去逛超市，而且完全靠自己的意念控制轮椅拐弯与前行。”

  据悉，2024年8月，博睿康这款产品成为我国首款进入创新医疗器械特别审查程序的脑机接口产品。洪波称：“明年，这台我们自主研发的NEO脑机接口设备将在全国十个中心完成30至50例脑机接口植入的临床试验。未来，中西部地区同种病例患者也有机会参与临床试验。”

  三大技术路线齐头并进

  作为一门未来产业，脑机接口技术近两年在全球得到了蓬勃发展，创新成果频出。

  2024年1月30日，埃隆·马斯克宣布其脑机接口公司Neuralink完成首例人类大脑设备植入手术。2024年2月20日，马斯克在社交媒体上透露，Neuralink公司首位植入大脑芯片的人类患者成功地利用意念控制了电脑鼠标。与博睿康产品技术路线不同，Neuralink采用的是“侵入式”脑机接口技术路线。

  记者了解到，目前脑机接口“技术路线”可大概分为三种：侵入式、非侵入式以及半侵入式。

  以博睿康脑机接口设备为例，由电极、体内机和体外机组成。其中，采集信号的电极放置在颅骨内、硬脑膜外，可归类于“半侵入式”，其特点在于微创。事实上，电极放置位置，也是不同技术路线最鲜明的区别所在。马斯克Neuralink公司的技术路线则是将电极等信号记录装置植入硬脑膜下的大脑皮层，进行高通量的神经信号采集，可归为“侵入式”范畴。

  国内另外一家脑机接口新秀“脑虎科技”采用的技术路线，则是将其采集信号的电极放置在硬脑膜内、大脑皮层外。记者获悉，目前脑虎科技也已完成几十余例临床试验，实现了汉语合成和运动重建。

  此外，一些非侵入式脑机接口设备也相继出现。2024年9月份，美国一家脑机接口初创公司Neurable发布了耳机款脑机接口设备，据称可帮助提高注意力。

  如何更好理解脑机接口不同技术路线之间的区别？中科院上海微系统所副所长、脑虎科技创始人兼首席科学家陶虎解释称，脑机接口作为未来产业和前沿技术，大家关注的技术方向区别很大。“不过这些技术方向并没有优劣之分。技术最终落地，取决于不同应用场景下的稳妥选择。”

  “侵入式脑机接口，其优势是电极与大脑的神经元近距离接触，能进行高通量、高质量的神经信号采集，但组织损伤、炎症反应等风险比另两种技术路线高；非侵入式脑机接口技术风险很低，但能够提取的大脑信号精度较低，能完成的功能受限。在脑机接口信号性能和病患创伤之间取得平衡，让患者最大限度受益，可以说是这个行业的‘第一伦理’。”陶虎说。

  产业持续获得突破

  培育未来产业，是上海建设国际科创中心的重要内容。两年前发布的《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》提出：要加速“非侵入式”脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破，探索脑机接口技术在肢体运动障碍、慢性意识障碍、精神疾病等医疗康复领域的应用。

  2020年，陈天桥雒芊芊研究院（TCCI）第一个脑科学前沿实验室，在上海华山医院虹桥院区落成投入使用。实验室包括了脑机接口、睡眠梦境、认知评估、数字医疗等多项内容，以国际化和产业化为核心特色，进一步支持脑科学研究。积极推进脑机接口前沿技术创新，上海已孵化落地博睿康、脑虎科技、阶梯医疗等创新型企业。

  脑机接口产业下一步怎么走？一线从业者给出了自己的看法。

  洪波表示，脑机接口在神经信号采集、无线供能和通讯方面，目前缺乏成熟的芯片解决方案，团队正在与上海的高校和企业合作进行针对性的研究。他表示，希望在未来3-5年内不断迭代其植入脑机接口产品，“使它越变越小，通道数越来越大，最终成为连接大脑和外部设备的革命性界面。”

  据陶虎介绍，目前脑虎公司自研的微创植入式高通量柔性脑机接口系统，在部分领域打破了国外技术垄断，且公司在柔性电极、生物材料、芯片设计、核心算法、数字脑库、植入方式等诸多环节实现了突破。“未来我们希望推进高通量柔性脑机接口系统与人工智能技术的结合，更好赋能重大脑疾病诊疗，帮助渐冻症、高位截瘫等患者重建语言和运动功能。”

  “我们希望经过多次磨合，能为临床与产业相互协调培养一支非常好的队伍。后续随着新型脑内植入物不断革新，大脑多个功能也将逐步被更好地理解。”毛颖认为，未来脑机接口会是生物医药产业的一个重要发展方向。“有理由相信，在大量病例训练和技术迭代基础上，未来会有更好更适用的临床场景。脑机接口主要是对‘脑’和‘机’进行研究，只有实现了‘脑’和‘机’的交互，才是真正的脑机接口，这一领域涉及非常前沿的产业集群，包括医学、材料、集成电路等等，未来发展空间巨大。”