放轻松，这种脑机接口不用脑袋“开口”了

项目团队正在为受试者开展介入式脑机接口手术。受访者供图

　　在福建，一个因脑梗而偏瘫的男人没有配戴脑电帽，也不用再经过开颅手术，就能尝试着实现他大脑里的想法——慢慢抬起他原本无法动弹的左臂。

　　他只是坐在椅子上，集中所有注意力去想：我要抬胳膊，我要抬胳膊。这个想法曾在他脑子里出现过无数次，都无法实现。大脑运动皮层这个“司令部”，原本通过百万条神经纤维组成的“办公网络”下达指令，抵达肌肉“执行部门”时，只需不到1秒。

　　但脑梗发生时，就像暴雨冲垮了通信基站，整个网络陷入瘫痪。当血栓堵塞了大脑血管，缺氧的神经细胞会以每分钟190万个的速度死亡。“抬胳膊”的想法憋在大脑里再也出不去了，直到科学家为这些念头创造出一条新路。

　　这是全球第一例介入式脑机接口用于辅助人体患肢运动功能修复的试验，近日由南开大学人工智能学院段峰教授团队牵头，联合福建三博福能脑科医院林志雄教授、福建省第二人民医院吴成翰教授等人完成。

　　脑机接口，这种不依赖于外周神经和肌肉、而将大脑与外部设备直接连接的技术，为人类服务的尝试并不新鲜。人类很早就发现了大脑活动时的神经元放电现象，而脑机接口的研究者争相想要实现的，“就是看谁能采集更多、更精准的脑电信号数据，然后尝试理解这些信号所对应的大脑指令”，高分子材料学博士孙瑜在其著作《第三层大脑》中总结道。

　　2012年，美国布朗大学将电极装置放入一位瘫痪的女士大脑里，采集她的想法，进而控制机械臂，把一杯咖啡送到她唇边。这种手术需要开颅操作，因此被称为“侵入式”脑机接口。

　　2014年巴西世界杯开幕式上，一位截瘫少年在机械包裹下，用大脑操控“外骨骼”开出该赛事第一球。起作用的是戴在他头上的用于采集电信号的脑电帽，因为电极不用进入使用者的身体，它被称为“非侵入式”脑机接口。

受试者植入介入式脑机接口后，在设备辅助下实现自主抓握。受访者供图

　　介入式脑机接口是被放进大脑运动皮层周围的血管里。一方面，它能改进“非侵入式”脑机接口信号采集不准确的缺点——大脑的神经元和脑电帽之间隔着头发、头皮、头骨数层，连头皮出油也会影响采集的准确性；另一方面，它能避免侵入式脑机接口对头骨的有创伤害——像一根固定的针，插进颤颤巍巍的豆腐一样的大脑里，一点运动都可能给大脑带来损伤。

　　这次，主导介入式脑机接口试验的段峰认为，这3种脑电信号的采集方式各有优劣，而介入式是更适合做患肢运动修复的一种脑机接口，它采集到的信号相对准确，又方便患者的日常活动。

　　在试验中，医生在患者颈部进行微创手术，将采集脑电信号的支架放入静脉，送至大脑运动皮层周围的血管内，再将一块饼干大小的信号传输装置埋入患者胸口皮下，患者体内的工作就完成了。

　　这种术式很早就应用于临床，应用广泛而成熟，例如心脏起搏器植入术，就是将电极导线经静脉送入心脏。但大脑是个新的领地，段峰团队为此做了几年的动物实验准备。

　　由于羊脑与人类大脑在解剖结构上较为相似，2022年，段峰团队在羊脑内放入了介入式脑机接口，并成功采集到了脑电信号。在此之前，美国神经科技公司Synchron也完成了介入式脑机接口的动物羊实验，验证了其生物安全性。

　　2023年，段峰团队又在猴脑内安装了介入式脑机接口，使其能够控制机械臂自主喂食。

　　2024年，他们进行了羊脑内介入式脑机接口的取出试验，发现实验动物没有出现排异反应，在传感器被取出后仍然健康。

　　在这之后，他们开始准备人类参与的临床试验。与大脑控制机械臂不同，这一次，他们打算让患者自主地抬起手臂。

　　理想状态下，支架在血管内撑开后，会通过一根极细的导线，将采集到的脑电信号输送到受试者胸口的装置里，再无线传输给计算机。计算机将受试者大脑产生的抽象信号解读出来，变成指令，再传给功能性电刺激的设备。

　　在偏瘫患者的康复训练中，功能性电刺激是一种常用的疗法。收不到信号的肌肉无法自主收缩，就只能通过外部电流叫醒它们，帮助患者完成抓握、行走等动作。

　　以往，康复师会给设备设定参数，输出电流。现在，脑机接口能让这个过程更智能、自主，由患者自己控制电刺激设备，把握电流输出的时机、频率，甚至强弱。

　　“自主”对于康复至关重要。人的大脑功能是可塑的，电刺激下的抬手，会在大脑皮层形成兴奋痕迹，促进神经元的再生，闲置的脑区也可能接管受损区域的工作，帮助恢复原有的运动功能。如果运动意图和电刺激的时机不匹配，形成新的条件反射和神经依赖的效果就会不尽如人意。

　　段峰团队想要完成的，是一个“中枢-外周-中枢”的闭环反馈。这个想法想要落地，并不容易。

　　“找了30多家医院，就找到了一个（同意做手术的医院）。”段峰说，“介入手术本身属于常规手术，并不大。（只是）咱们组合到一起，是一个全新的东西，没有先例，谁也不敢动。”

　　段峰介绍，2024年年底，福建三博福能脑科医院通过医院伦理委员会的审核，同意提供手术支持。接下来的问题是招募合适的志愿者。

　　受试志愿者最好能满足两个条件：疾病有康复的希望，发病时间不能过长。“（中风）最佳的康复期是在6个月之内。”段峰团队的博士生刘淦介绍道。

　　直到今年，试验才匹配到了合适的志愿者。他67岁，之前在照相馆工作，因脑梗导致偏瘫半年。在段峰团队的研究生达扬的印象中，他不太爱说话，但心态乐观，愿意积极接受治疗。

　　科研团队为他配备了专业的康复师和心理咨询师。南开大学社会学院社会心理学系教授、南开大学介入脑机与智能康复重点实验室副主任周详负责这部分工作，她认为，当病人处于身体病痛的非自然状态，又面临陌生的医疗技术时，全程的心理支持是非常必要的。

　　心理学也能在受试者进行运动想象时，帮助监测他是否受到情绪和认知的干扰，并及时调节和疏导。“如果心情好，脑电信号采集的准确率也会更高一些。如果他意志很消沉，大脑的活动就不强烈。”达扬说。

　　这一次，研究团队在术前给受试者戴上脑电帽，采集他想象自己运动时的脑电信号，并和术后介入式脑机接口采集到的进行对比，发现后者的准确率更高。这意味着电刺激设备也更能读懂大脑的意图。

　　术后，这名受试者能够通过设备辅助缓慢完成取药、倒药、放下药瓶的动作。这次试验仅针对上肢进行。大脑的运动皮层中，上肢神经所占的区域最大，手臂的信号更丰富、更容易监测。而下肢涉及身体平衡等问题，研究和试验都更为复杂。

　　据研究团队介绍，介入式脑机接口设备在志愿者体内保留了十几天，未出现感染、血栓形成等情况，系统运行稳定，现已安全取出。

　　近年来，我国脑卒中（因脑部供血异常导致的急性脑损伤，分为脑梗和脑出血两类——记者注）患病率呈上升趋势，患者即使存活下来，也会留下不同程度的运动、感觉、言语、认知等功能障碍。

　　段峰带领的研究者们正在准备下一批次的试验，争取为脑卒中后遗症、脊髓损伤、帕金森病、渐冻症等运动功能障碍患者提供全新的治疗方式和康复希望。

　　今年，全国多家医院开设脑机接口临床研究病房，如首都医科大学附属北京天坛医院、南方医科大学珠江医院等。国家医保局3月发布的《神经系统类医疗服务价格项目立项指南》中，已专门为脑机接口新技术价格单独立项。

　　患者们能够动起来的那一天，正在一步步到来。

来源：中国青年报