脑植入物使用红外光传输信号，光学脑机接口即将启动临床试验

多年来，脑机接口一直被寄予厚望，期望帮助严重瘫痪患者实现交流。尽管该技术仍处于实验阶段，但越来越多的研究机构和公司（如Neuralink、Synchron）已在开展人体临床试验。总部位于日内瓦的Ability Neurotech也加入这一行列，正将其光学脑机接口从手术中的短暂测试推进到可长达数月的临床试验。

上个月，该公司在德国启动了一项术中研究，在脑肿瘤手术患者身上进行了20至30分钟的神经信号记录。研究后续阶段将扩展至最多五名清醒患者，在他们执行言语和运动任务时同步记录大脑活动。

荷兰方面则计划于2026年底启动一项独立的慢性临床试验，对系统进行更长期评估。作为一项旨在为瘫痪患者恢复言语功能的脑机接口项目的一部分，乌得勒支大学医学中心正在招募渐冻症患者参与为期一年的研究。参与者将接受植入、在家中进行训练，并接受多次脑信号记录。

用光传输大脑数据

Ability的系统在多个关键方面与现有实验性脑机接口有所不同。首先，它采用皮层脑电图（ECoG）电极阵列，电极仅贴合在大脑表面，而非像其他设计那样将穿透式电极插入脑组织内部。系统可同时监测128个独立通道的神经信号，每个通道每秒采样3万次，从而获得高度精细的大脑活动记录。

与无线电子设备常用的射频传输方式不同，该植入物采用红外激光光学链路，以最高每秒50兆比特的速率穿过皮肤传输大脑数据。数据由外部头戴装置接收后，再送至独立处理器进行解码。头戴装置还通过感应方式为植入物无线供电，因此无需内置电池，也避免了日后更换电池的麻烦。

Ability Neurotech首席执行官Rotem Kopel表示，公司在最终选定光学链路前，曾评估过多种大数据流处理方案。目标是尽可能将原始记录完整传出，而不在植入端进行压缩或降采样，解码与处理全部交给体外设备完成。

加州大学戴维斯分校神经假体实验室项目科学家Maitreyee Wairagkar认为，这些保留下来的额外信息在解码时很有价值。她评价道，Ability的无电池设计与光学链路组合“对慢性ECoG记录听起来非常有前景”。

“通过传输保留原始神经数据中的信息，对解码也十分有用，因为宝贵数据不会因传输限制而丢失，”Wairagkar说，“我认为这是长期脑机接口应用的正确方向。它在神经特征提取上提供了更大灵活性，有助于提升解码性能。”

Ability并非唯一追求高带宽无线传输的公司。Wairagkar指出，其他全植入式脑机接口（无论是ECoG还是穿透电极设计）也采用了类似的高带宽架构，有些甚至超过50Mb/s。

“无线植入式脑机接口仍处于早期阶段。我们看到多个新临床试验正在使用这些设备，它们在通道数量、信噪比和数据传输速率上各有差异，这些因素将决定其性能、功能性和长期实用价值，”她补充道。

脑机接口的工程挑战

Kopel表示，植入物必须满足多项严格的工程约束，包括功耗和温度限制。传输如此大量的数据既消耗功率，又会产生热量，因此温度控制成为关键难题。

工程师还需将电极连接引入密封外壳，以防止湿气侵蚀电子设备。光学链路必须适应不同厚度的皮肤、血管和毛发，并在与外部头戴装置对准不完全时仍能正常工作。

据Kopel介绍，该技术前后开发约10年，设计定型后又进行了约18个月的台架测试、耐久性验证及其他验证工作。

即将开展的研究将在更长周期内检验这些工程选择。Kopel表示，公司将首先评估植入流程以及设备的安全性和性能，随后测试参与者能否用该设备控制计算机，再进一步实现言语解码——即实时将大脑中的意图言语转化为文字。

长期支持与耐用性

真正的考验在植入之后：如何让系统在多年日常生活中持续发挥作用。软件需要不断更新，大脑信号可能随时间变化，而患者可能在原制造商发生变动甚至消失后，仍长期依赖这套植入设备。

Wairagkar强调，数年持续的性能和解码准确性对植入式脑机接口的长期使用至关重要。“软件层面的挑战，比如维护和校准解码器、更新用户应用，相对容易解决；但更关键的是，设备获取的底层信号质量必须在长期内保持稳定，”她说。

全植入式无线系统已经规避了一个主要的耐用性痛点——部分脑机接口需要永久穿过皮肤的连接。Wairagkar指出，取消这一连接可降低感染风险，并更便于日常维护和使用。

长期支持还取决于设备背后的公司。Kopel表示，Ability已通过与日内瓦非营利机构Wyss生物与神经工程中心的合作关系为此做好准备。该技术在2025年公司分拆前即在该中心研发。如果Ability停止运营，其知识产权和相关责任将回归该中心。

Wairagkar认为，随着植入式脑机接口逐渐普及，整个领域需要建立更完善的患者支持体系。目前已有机构在研究安全、可及性和可持续性等问题。她补充道：“随着领域不断成熟，必须建立起相应的结构和政策，支持植入式脑机接口的使用与部署，并为患者提供适当服务。”