【Nature子刊】美国休斯顿大学团队：植入式脑机接口的临床试验现状

【导读】植入式脑机接口（iBCI）将颅内记录的大脑活动转化为虚拟机或物理机器的命令，以恢复运动、感觉或语言功能。尽管自1998年以来一直处于临床试验阶段，但监管机构尚未批准iBCI用于医疗器械市场，关于其进展和结果的信息很少。为了解决这一差距，团队对1998年至2023年间进行的所有已确定的用于沟通、运动控制或恢复触觉感知的iBCI临床试验进行了审查。

2024年9月20日，美国休斯顿大学无创脑机接口实验室Jose L. Contreras-Vidal团队在期刊《Nature Reviews Bioengineering 》上发表了题为“The state of clinical trials of implantable brain–computer interfaces”的研究论文。在这项研究中，团队总结了全球21个研究小组及其67名接受植入物的参与者的研究结果，以了解iBCI领域的挑战和机遇。该分析强调了提高参与者多样性、创建参与者登记册、监管和付款人批准、投资者资金和新应用程序提供信息、采用受监管的数据共享和标准，以及促进合作研究的重要性。

https://www.nature.com/articles/s44222-024-00239-5

研究介绍

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2014年在美国启动的脑研究推进创新神经技术计划（BRAIN）和欧盟（EU）的人脑计划（HBP）加速了公共和私人投资，产生了植入式脑机接口（iBCI）的开创性神经修复和神经康复案例。iBCI使用植入颅内的不同类型的电极阵列，来检测模拟皮层电活动，然后将其转换为数字信号，通过将这些信号解码为控制外部物理或虚拟设备的命令，来推断和实现用户意图。然而，长期植入电极治疗人类iBCI作为终生可行的解决方案的疗效，仍未得到证实。尽管存在这一限制，但设备制造商已开始进行临床试验。例如，Synchron于2019年开始使用永久植入血管内阵列（EVA）Stentrode进行试验，该支架使用微创血管内导管插入，是唯一不需要开颅手术的电极。2024年，Neuralink开始对其微电极阵列（MEA）进行长期人体测试，该微电极阵列使用定制机器人植入。

团队对1998年至2023年可用的CSMS所有可发现的iBCI进行了全面的知识整合审查。本综述侧重于长期iBCI，因此，不包括使用诊断性皮层电图（ECoG）治疗癫痫等疾病的人类言语、触觉反馈和运动控制的短期研究。数据收集于2023年12月结束，所有信息都与相应的小组（约90%）进行交叉核对，以确保数据准确性和参与者状态（持续或已完成）、参与的月数，以及他们愿意分享的任何其他信息的最终更新。本综述可以用作路线图，以帮助确定推进iBCI系统的障碍、挑战和机遇。

iBCI的机制

研究进展

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临床和生活质量结局

iBCI旨在帮助有严重障碍的人，通常包括严重的合并症。然而，只有少数报告包括临床结局信息，例如，通过功能性电刺激和感觉恢复运动是否与肌肉萎缩、骨质流失或循环功能障碍的减少有关，或者改善沟通是否使患有晚期神经运动退行性疾病的参与者能够传达不适，这可能表明正在发生感染或褥疮溃疡。尽管不是研究的主要目标，但这些信息对于医疗提供者、监管机构和参与者评估iBCI的风险和益处来说，将是无价的。除了疾病过程之外，很少有出版物评估使用iBCI的心理影响或定期评估参与者生活质量的变化或他们进行日常活动的能力。一些团体已将心理支持和定期评估，作为其临床试验的一部分。例如，一名71岁的四肢瘫痪患者在植入和参与临床试验后，认知能力得到改善。

可用性

操作iBCI需要由科学家和工程师组成的专业团队，来校准数据收集设备。通常，医疗提供商和最终用户喜欢无缝融入其工作流程且易于操作的设备，这是成功应用临床的关键要求。很大一部分最终用户需要护理人员作为任何设置或调试的主要助手，因此，设计一个可访问且用户友好的系统，可能能够适应美国雇用护理人员的高流动率（估计2022年为77.1%），并提高iBCI的普及率，即使在家庭环境中也是如此。

iBCI参与者、病因学、电极阵列和研究小组的系统知识整合图。

报销和市场可行性

医疗器械的临床转化是一个艰巨的过程，涉及建立知识产权、管理监管途径、获得报销、资金和退出策略等。FDA认识到了这一差距，并于2023年推出了产品全生命周期咨询计划的试点，通过将监管、报销、行业和主要利益相关者代表聚集在一起，尽早参与临床转化过程。

在过去的20年里，许多神经植入物已获得监管和第三方付款人的批准，但无法保持偿付能力。例如，SecondSight收到了美国医疗保险和医疗补助服务中心的报销，每人150,000美元，但无法覆盖其基础设施的成本。在SecondSight进入消费市场的同时，一种替代疗法进入了他们的主要目标人群市场。因此，他们申请破产并于2021年结束运营。这些类型的设备需要投入大量的时间和金钱来进行产品开发、审批流程和市场准入，包括长期成本（设备维护和数据管理，例如，监控用户能力的变化、预测性诊断或未来研究），而这些信息很少。Neuralink在首次人体临床试验之前，公开估计每位患者的植入成本为40,000美元。由于iBCI也可能连接到移动应用程序或复杂的机器人假肢，因此，纵向成本可能会进一步增加。此外，如果数据被视为患者病历的一部分，则可能受保留法律的约束，这些法律因地点和设施类型而异，美国大多数州都要求成人在治疗后保留5-10年。相关成本将取决于保存数据的数量和可访问性。对于具有超过1,024个传感器的新兴电极阵列，可以以5Mbps的速度进行记录，24小时无压缩的全分辨率采集，每天可产生超过400Gb的数据。这将使符合美国健康保险流通与责任法案的数据，其管理费用每月增加数百美元。

Ian Burkhart是BCI Pioneers Coalition的联合创始人。在2010年的一次游泳事故导致创伤性脊髓损伤后，他于2014年植入了微电极阵列Neuroport。你可以看到他连接到iBCI，iBCI被用来控制他前臂上的外部功能性电刺激器，以恢复手部抓握杯子的功能。背景中的监视器显示了Neuroport的一个通道的扩展视图，该通道可以检测多个离散的神经元放电。

研究结论

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植入式脑机接口需要产学研合作，协调一致的努力，来共同改进其技术，并加速临床转化和应用。例如，建立IUCRC BRAIN，是利用此类伙伴关系的第一步。此外，2024年3月，植入式BCI协作社区成立，旨在通过一个平台将该领域的所有利益相关者聚集在一起。该平台开发和使用协调的方法，来推动持续创新和公平获得iBCI。对于由SCI、ALS或中风引起的四肢瘫痪、闭锁综合征或构音障碍患者、他们的家人和医疗保健提供者来说，iBCI可能会改变生活。应对这些挑战、差距和机遇，将有助于将这项技术带入现实世界。

参考资料：

1.Salles, A. et al. The human brain project: responsible brain research for the benefit of society. Neuron 101, 380–384 (2019).

2.Angrick, M. et al. Online speech synthesis using a chronically implanted brain–computer interface in an individual with ALS. Sci. Rep. 14, 9617 (2024).

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