脑机接口让“意念”控制“动作”　四肢瘫痪患者实现“脑控”喝水

　　脑机接口让“意念”控制“动作”成为可能。首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队日前对外宣布，中国脑机接口技术实现突破性进展，通过植入式硬膜外电极脑机接口，四肢截瘫患者实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。

　　与此同时，美国“神经连接”公司刚刚进行了其脑机接口设备的首例人体移植，引发广泛关注。这是脑机接口在去年获得FDA批准开展人体临床研究、于秋季开始招募患者后进行的首次人体临床试验。

　　脑机接口是怎样的技术?能给人类带来哪些帮助?研发进展和前景如何?

　　进展

　　植入处理器　四肢瘫痪者抓握准确率超90%

　　由于车祸导致颈椎处脊髓完全性损伤，中国这例植入脑机接口的患者长期处于四肢瘫痪状态。2023年10月24日，赵国光教授团队与洪波教授团队共同完成无线微创植入脑机接口首例临床植入试验，将两枚硬币大小的脑机接口处理器通过神经外科医生的操作植入高位截瘫患者颅骨中，并成功采集感觉运动脑区颅内神经信号。

　　经过3个月的居家康复训练，该患者目前可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。患者脊髓损伤临床评分和感觉诱发电位测量均有改善。

　　据介绍，该项目在无线微创方面实现两大突破，一方面在保证颅内信号质量的同时，不直接破坏神经组织；另一方面它采用近场无线供电和信号传输，植入颅骨的体内机无需电池。

　　据悉，第二例脊髓损伤患者植入已于2023年12月19日在首都医科大学附属北京天坛医院成功进行，信号接收正常，患者目前正在居家康复训练中。该项无线微创脑机接口的临床试验分别于2023年4月和5月通过宣武医院、天坛医院伦理审查，并进行了国际和国内植入医疗器械临床试验注册。　　

　　大脑植入设备　通过意念控制手机、电脑

　　美国知名企业家埃隆·马斯克1月29日表示，他旗下的脑机接口公司“神经连接”公司于1月28日进行了脑机接口设备的首例人体移植，移植者目前恢复良好。

　　据马斯克介绍，“神经连接”公司的首款脑机接口产品名为“心灵感应”，大脑植入设备后，只需通过意念就能控制手机、电脑，并通过它们控制几乎所有设备。失去四肢功能的人群将是这款产品的首批使用者。

　　目前，脑机接口技术按照其是否需要侵入大脑以及侵入的程度分为非侵入式、侵入式、半侵入式三类。“神经连接”公司相关产品为侵入式。马斯克表示，初步结果显示，植入的脑机接口设备检测神经元相关活动的前景很好。

　　脑机接口设备的潜在功能强大，但其植入人体的安全性一直引发争议和担忧。通过开颅植入电极具有很大风险，并且异物侵入还可能引发免疫反应和形成疤痕组织，也可能因此影响电极信号质量。

　　为此，“神经连接”公司进行了动物实验。2020年8月，马斯克曾在线直播展示了大脑被植入脑机接口设备的小猪，其脑部活动信号可以被实时读取。脑部植入设备后又取出的小猪表现健康，与普通小猪相比没有明显差异。2021年又有报道说，“神经连接”公司将一块微芯片植入猴子大脑，让其能够通过意念玩电子游戏。

　　自2019年以来，马斯克多次预测“神经连接”公司将很快获批启动人体临床试验。但直到2023年5月，美国食品和药物管理局才为其人体试验亮绿灯。同年9月，该公司开始为其首次脑机接口临床试验招募参与者。

　　讲述

　　脑部植入芯片　中风患者恢复说话能力

　　“很高兴见到你。”为了讲出这句话，安等待了18年。

　　18年前，她因严重中风而瘫痪，失去运动和语言能力。直到研究人员将一块芯片植入她的大脑皮层，她能借助人工智能大屏说出想说的话，甚至做出微笑、嘟嘴等表情。这是2023年美国加州大学旧金山分校一项研究中，脑机接口技术应用的真实案例。

　　贝内特与安的遭遇相似，她身患渐冻症，严重瘫痪，无法说话。

　　斯坦福大学的研究人员在她的大脑里放了两个传感器，与解码软件连接，她想说的话在另一端的屏幕上被转换成单词。单词的生成速度是每分钟62个，接近正常语速的一半。

　　斯坦福大学和加州大学的这两项同类型研究，几乎同一时期在《自然》杂志发表，揭示了脑机接口技术帮助人体恢复交流功能的最新进展。

　　安和贝内特参与的实验原理相似:先在患者脑中植入传感器，用它采集脑部活动释放的神经信号，再将神经信号传递给外部机器，最后经由解码软件将神经信号翻译成文本或单词，实现与外界对话。

　　2023年9月初，瑞士也传出新进展。洛桑联邦理工大学等机构通过在人体内植入脑信号读取装置，成功让因脊髓受损而下半身瘫痪的患者恢复自主行走能力。　　

　　芯片塞入大脑　抑郁症患者称“像换了个人”

　　在国内，将脑机接口推上“热搜”的是它在抑郁症治疗领域的应用。

　　2022年初，在患抑郁症的第16年，31岁的吴晓天(化名)决定参加上海交通大学医学院附属瑞金医院的一项临床研究，接受脑机接口治疗难治性抑郁症的手术。

　　“启动脑机接口，我能感觉到一股力量在身体里扩散开。这是一种快乐的情绪，也可以视作一种精神力量。”吴晓天说。

　　此前，他曾接受针灸、催眠等治疗，效果不佳。他将脑机接口技术视作最后一条“救命稻草”。接受脑机接口手术后，他称自己“像换了一个人”。

　　如今，埋在吴晓天体内的“脑起搏器”成为他的“情绪调节器”:他的头部装有电极，胸部装有芯片，当“脑起搏器”开始供电，电流沿着特定路线延伸到耳后，再从后脑延伸到大脑前侧，与大脑前端和情绪相关的神经核团相联结。当电极刺激大脑前端神经核团上的靶点，抑郁症状也随之改善。

　　“用脑机接口治疗抑郁症，主要是在一个脑区采集异常的神经信号，对其所靶向的脑区进行特定的电刺激，压制异常的神经活动，让抑郁情绪得以缓解。”李骁健解释。

　　吴晓天清晰记得，在手术准备期，医生在他的头部拧入数根螺丝来固定脑立体定位仪，这是为了确定他大脑皮层下某些神经结构的位置，便于脑机接口的传感器植入。

　　李骁健说，在脑机接口系统中，传感器的使命是获取脑部神经信号，这是用脑机接口治病最重要的环节之一。“换句话说，要先知道患者脑子里想什么，才能借助外部机器帮患者完成相应任务”。

　　“脑机接口可以分为植入式和非植入式两种，植入式通常将传感器穿过颅骨植入大脑或放入颅腔内，非植入式是借助可穿戴设备完成。”李骁健说。

　　两种方式有何区别?打个比方，如果将脑部神经信号比作“猎物”，那么传感器的角色就是神经信号的“猎人”。“猎人”狩猎前要抵达的“猎场”不同，决定了传感器不同的植入方式。

　　“由于颅骨会对采集的神经信号进行屏蔽，一些疾病需要采集较深脑区信号，非植入式脑机接口远没有植入式脑机接口获取的信号清晰。”李骁健说。

　　植入式脑机接口看似是把芯片“塞进”脑子里，但实际上并不可怕。他介绍，以目前的技术水平，在脑皮表层植入芯片对脑组织没有严重损伤。“相当于一次微创手术，可能会有轻微损伤，但并不影响正常生活。”

　　在吴晓天、安和贝内特身上所使用的脑机接口，都属于植入式脑机接口，仍处于临床研究的探索阶段。

　　前景

　　有望作为医疗器械走向临床

　　未来，脑机接口技术有望用于治疗渐冻症、孤独症、抑郁症、成瘾、痴呆等疾病。“在运动、语言、视觉等功能恢复或替代、情绪障碍诊疗等方面，这项技术具有较大应用前景。”李骁健说。

　　他介绍，利用脑机接口帮助运动失能者、失语者恢复身体功能，脑科学原理清晰，只需采集大脑皮层运动和语言区的较少量神经信号，对植入电极、芯片和解码算力等的要求并不太高，有望作为医疗器械向临床的疾病治疗领域推动。

　　李骁健表示，目前马斯克的试验仅仅完成了第一步的植入工作，要想完全应用于医疗器械还有较长的路要走，需要更多试验对技术的安全性和有效性展开进一步验证。“后续可能推动生物电子疗法器械进入临床推广的机会。”李骁健说。　　

　　打开疑难杂症想象空间

　　对许多疑难杂症来说，脑机接口打开了新的想象空间。“在运动、语言、视觉等功能恢复或替代、情绪障碍诊疗等方面，这项技术具有较大应用前景，有望用于治疗渐冻症、孤独症、抑郁症、成瘾、痴呆等疾病。”李骁健说。

　　让失能者靠人工智能的辅助拿水杯喝水、控制轮椅自行运动、发合成的语音……

　　然而，对于抑郁症等精神疾病而言，脑机接口只是第一步。

　　开始接受治疗后，吴晓天情况好转，但起效时间并没有持续太长。几天后，医生为他重新调试了靶点，让电流在他脑袋里的多靶点上挨个测试，以此为他寻找更为稳定的状态。

　　李骁健也表示:“抑郁症的诱发原因难以明确，与抑郁症相关联的深脑区神经网络结构也比较复杂。用脑机接口治抑郁症在个别患者身上奏效，并不意味着疗法走向成熟，仍需更多临床验证。”

　　和吴晓天同期进行脑机接口治疗抑郁症临床试验的，还有25位患者，但只有吴晓天对外公开了治疗效果。

　　争议

　　有人质疑为新型“电子毒品”

　　这一新型疗法也不乏争议，有人质疑这是一种新型“电子毒品”，容易使患者成瘾；也有人担忧，人的情绪或意识由机器操控，其中存在伦理问题。

　　在李骁健看来，任何技术都是一把“双刃剑”。“脑机接口技术涉及的伦理问题，主要体现在外部信息直接写入大脑以及人脑内部信息被外界直接读取等方面。在医疗领域的应用上，技术使用应本着利远大于弊的原则，研究者和使用者要引导技术运用走向良性发展，让患者成为受益者，避免其他负面问题出现。”

　　“脑机接口确实带我脱离苦海，让我重拾快乐和幸福，且目前没有出现成瘾等问题。”吴晓天说。但面对其他患者的咨询，他的答复则十分谨慎。“我不敢保证其他人能有同样的效果。公开自己的治疗经历，是为了鼓励更多人重树希望，接下来，我还打算在短视频平台做公益直播。”

　　临床安全、伦理等问题尚待解决

　　李骁健提示，该试验设计相对激进，临床上的安全性问题需要格外警惕，后续的研究也要持续关注可能带来的脑部感染、排异反应、并发症、电极使用寿命等问题。

　　“在医疗领域的应用上，技术使用应本着利远大于弊的原则，研究者和使用者要引导技术运用走向良性发展，让患者成为受益者，避免其他负面问题出现。”他说。

　　多个专家表示，尽管脑机接口技术已取得较大进展，具有广阔的想象空间，但距离真正的大规模商用还需要跨越很多障碍，不仅包括实用性的技术瓶颈，还包括伦理、隐私、社会公平等方面的问题。

　　据美国媒体报道，除“神经连接”公司外，还有多家美国公司在研发脑机接口技术，有的公司也已开展了人体临床试验。

　　知多D

　　何为脑机接口

　　“脑机接口”工作原理是采集脑部神经信号并分析转换成特定指令，实现“脑”与“机”之间的直接信息交换。大脑植入设备后，只需通过意念就能控制手机、电脑，并通过它们控制几乎所有设备。失去四肢功能的人群将是这款产品的首批使用者。

　　应用前景广阔

　　脑机接口设备的重要功能包括帮助治疗记忆力衰退、颈脊髓损伤及其他神经系统疾病，帮助有运动功能障碍的患者、瘫痪人群恢复部分能力等。

　　随着技术的发展，其潜在应用场景也在不断扩展，包括增强感官能力、提高游戏的操控性以及用于教育、军事等领域。

　　安全性引争议

　　脑机接口设备的潜在功能强大，但其植入人体的安全性一直引发争议和担忧。通过开颅植入电极具有很大风险，并且异物侵入还可能引发免疫反应和形成疤痕组织，也可能因此影响电极信号质量。

　　整合:易福红

　　采写:南方+记者　吴雅楠　

　　记者　卞德龙　黄锦辉

　　来源:新华社　央视　中新社等