將極小電極植入人類大腦，利用電流讓電腦和腦細(xì)胞互動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)“人腦與機(jī)器交互”，一度癱瘓的患者戴上氣囊手套，舉起杯子竟喝起了水。曾經(jīng)以為科幻里出現(xiàn)的場(chǎng)景，正走進(jìn)現(xiàn)實(shí)生活。

就在上個(gè)月，上海首例腦機(jī)接口產(chǎn)品臨床試驗(yàn)植入手術(shù)引發(fā)廣泛關(guān)注，這也是我國(guó)第三例腦機(jī)接口植入手術(shù)。12月6日，主刀醫(yī)生、復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院院長(zhǎng)毛穎教授首度公開(kāi)患者術(shù)后康復(fù)情況，“可以用震撼兩個(gè)字來(lái)形容，患者恢復(fù)過(guò)程非常順利，改善十分明顯！”

這也意味著，上海三大先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中重要的一塊拼圖——腦機(jī)接口，已跨出堅(jiān)實(shí)一步。

癱瘓患者舉起杯子喝水

“我甚至感受不到腦機(jī)接口的存在”

38歲的小董四年前遭遇不幸：由于車禍導(dǎo)致頸椎脊髓受損，手部無(wú)法抓握，難以站立。四年后，2024年11月6日，他的人生因?yàn)榭萍嫉玫綇氐着まD(zhuǎn)。在華山醫(yī)院虹橋院區(qū)，一臺(tái)意義重大的腦機(jī)接口手術(shù)歷時(shí)1小時(shí)40分鐘順利完成。術(shù)后小董持續(xù)隨訪康復(fù)，一個(gè)月后生命的驚喜出現(xiàn)：他得以在氣囊手套輔助下，順利舉起杯子，甚至還自己拿著杯子喝了一口水，動(dòng)作流暢不卡頓。

植入小董大腦里的產(chǎn)品，源于博睿康醫(yī)療科技（上海）有限公司與清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)的NEO腦機(jī)接口產(chǎn)品。這也是該產(chǎn)品在全國(guó)完成的第三例、在上海完成的首例臨床試驗(yàn)植入手術(shù)。

腦機(jī)接口產(chǎn)品NEO植入大腦的示意模型。

據(jù)悉，這是博?？档牡谝淮a(chǎn)品，手術(shù)操作已相當(dāng)順滑。記者了解到，上海華山醫(yī)院的手術(shù)用時(shí)較前兩例手術(shù)有大幅提升，僅用時(shí)1小時(shí)40分鐘。

時(shí)間的大幅縮短與臨床全新技術(shù)嵌入密不可分。12月4日，記者專訪了華山醫(yī)院院長(zhǎng)毛穎教授，他提及，“對(duì)腦機(jī)接口的未來(lái)，我們信心十足，首例腦機(jī)接口手術(shù)比想象中還順利！”

“我們只用了3.3分鐘，就快速精準(zhǔn)地定位了手部運(yùn)動(dòng)/感覺(jué)腦區(qū)，大大縮短了手術(shù)時(shí)間?！泵f解釋，“我們應(yīng)用了自主研發(fā)的新型定位技術(shù)——在線時(shí)域空域腦功能定位系統(tǒng)，其定位偏差在毫米級(jí)精度范圍內(nèi)，且無(wú)須術(shù)中喚醒患者。這就使得整個(gè)手術(shù)定位更加精準(zhǔn)便捷、手術(shù)精準(zhǔn)匹配度更貼切，速度與準(zhǔn)確率均大幅提高?！?/p>

術(shù)后一周，小董順利回家，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)派出兩名工程師，在此后的一周內(nèi)為腦機(jī)接口優(yōu)化調(diào)整算法，“每個(gè)人的腦部算法各有不同，這一周非常關(guān)鍵，我們采集數(shù)據(jù)，匹配出最適合患者的算法?！?/p>

小董的康復(fù)意愿非常強(qiáng)烈，第三周開(kāi)始接受腦機(jī)接口控制，第四周就完全掌握了拿水瓶、拿蘋果等測(cè)試，準(zhǔn)確率高達(dá)80%-90%?？祻?fù)中的“九宮格”游戲訓(xùn)練，小董完成得也比此前在北京開(kāi)展的患者效果更好。“有時(shí)我甚至都感覺(jué)不到腦機(jī)接口的存在。”小董告訴工程師。

從癱瘓到可以舉起杯子，NEO腦機(jī)接口是如何在小董腦內(nèi)工作的？

7日記者專訪了清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院洪波教授，專家向記者解釋：NEO系統(tǒng)采用無(wú)線微創(chuàng)設(shè)計(jì)，體內(nèi)機(jī)埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬膜外（硬膜位于顱骨和大腦皮層之間，起到保護(hù)神經(jīng)組織作用），不損傷大腦細(xì)胞。居家使用時(shí)，體外機(jī)隔著頭皮給體內(nèi)機(jī)供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)，傳送到電腦或者手機(jī)上，借助解碼算法實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口通信。

洪波還補(bǔ)充，通過(guò)長(zhǎng)期動(dòng)物試驗(yàn)已驗(yàn)證，NEO腦機(jī)接口不會(huì)破壞神經(jīng)組織、信號(hào)穩(wěn)定，由于采用近場(chǎng)無(wú)線供電和通信技術(shù)，患者體內(nèi)也無(wú)需裝電池?？茖W(xué)家為記者比喻，“腦機(jī)接口的植入就像買了一臺(tái)全自動(dòng)洗衣機(jī)，經(jīng)過(guò)工程師指導(dǎo)后，患者和家屬完全可以居家自己操作?！?/p>

工程師進(jìn)行一周調(diào)試后，小董超預(yù)期完成第一階段任務(wù)。一般來(lái)說(shuō)，第一階段康復(fù)需要花費(fèi)1.5-2個(gè)月的時(shí)間，而他只用了1個(gè)月時(shí)間。在洪波看來(lái)，這與華山醫(yī)院毛穎教授團(tuán)隊(duì)精湛的手術(shù)技巧密不可分，配合小董強(qiáng)烈的自主意愿，效果十分明顯。記者了解到，整個(gè)第一階段康復(fù)需要維持3個(gè)月，待小董徹底成熟順利操作后，第二階段將通過(guò)腦機(jī)接口開(kāi)展脊髓神經(jīng)修復(fù)，預(yù)計(jì)需要6至9個(gè)月的時(shí)間。

上海首臺(tái)腦機(jī)接口手術(shù)成功，具有里程碑式的意義。小董康復(fù)視頻于12月6日在滬召開(kāi)的國(guó)際腦機(jī)接口大會(huì)（bci）上“驚艷亮相”。專家一致表示，手術(shù)的成功證明了腦機(jī)接口在臨床上選擇合適的病人，應(yīng)用前景將非常廣闊。

20年前科幻鏡頭成真

專家詳解腦機(jī)接口幾種“路線圖”

時(shí)光追溯到上世紀(jì)末，一部關(guān)于腦機(jī)接口的科幻電影《黑客帝國(guó)》一度風(fēng)靡全球。電影里，腦機(jī)接口技術(shù)被描繪成一種可以讓人類直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的設(shè)備。它通過(guò)將電極植入大腦，讓人類能夠感知和控制計(jì)算機(jī)中的虛擬世界。

電影《黑客帝國(guó)》一度風(fēng)靡全球。

十幾年后，科幻鏡頭成為現(xiàn)實(shí)：2016年，馬斯克創(chuàng)立研究腦機(jī)接口技術(shù)的神經(jīng)連接公司Neuralink，讓腦機(jī)接口領(lǐng)域備受關(guān)注。今年3月，Neuralink發(fā)布消息：首位植入“心靈感應(yīng)”腦機(jī)接口產(chǎn)品的癱瘓病人諾蘭德·阿博已能通過(guò)腦電信號(hào)直接控制鼠標(biāo)，用意念在電腦上下國(guó)際象棋、玩電子游戲，并在社交平臺(tái)X上發(fā)帖子。今年5月公司透露，植入阿博大腦的一些接線出現(xiàn)了脫落情況，導(dǎo)致“心靈感應(yīng)”采集的數(shù)據(jù)量明顯減少。

腦機(jī)接口作為當(dāng)下生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)里最熱門的詞匯，該怎樣理解？

科學(xué)家們對(duì)此進(jìn)行科學(xué)解釋，腦機(jī)接口是一種在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建信息通道，實(shí)現(xiàn)直接信息交互的新興技術(shù)。它通過(guò)記錄裝置采集顱內(nèi)或腦外的大腦神經(jīng)活動(dòng)，并通過(guò)人工智能模型等算法對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行解碼，解析出神經(jīng)活動(dòng)中蘊(yùn)含的主觀意圖，再輸出相應(yīng)的指令，操控外部裝置實(shí)現(xiàn)與人的主觀意圖一致的行為，并接收來(lái)自外部設(shè)備的反饋信號(hào)。

“人的大腦能指揮四肢，完成各種感知運(yùn)動(dòng)，但是如果出現(xiàn)偏癱，或者像霍金那樣患有漸凍癥，那么大腦和四肢的通信就發(fā)生了障礙?！焙椴ㄕf(shuō)，“腦機(jī)接口就是在大腦和四肢感知運(yùn)動(dòng)之間建立一座新的橋梁，讓這些患者能重新動(dòng)起來(lái)。這個(gè)前沿科技領(lǐng)域涉及微電子、人工智能、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉創(chuàng)新?！?/p>

就目前來(lái)看，腦機(jī)接口“技術(shù)路線”總體分為幾種：侵入式、非侵入式以及半侵入式。

馬斯克Neuralink公司的技術(shù)路線是侵入式腦機(jī)接口，即通過(guò)神經(jīng)外科手術(shù)，將電極等信號(hào)記錄裝置植入硬腦膜（一層附著于顱骨內(nèi)面的結(jié)締組織膜）下的大腦皮層，進(jìn)行高通量的神經(jīng)信號(hào)采集。

侵入式腦機(jī)接口，其優(yōu)勢(shì)是電極與大腦的神經(jīng)元近距離接觸，能進(jìn)行高通量、高質(zhì)量的神經(jīng)信號(hào)采集；但其風(fēng)險(xiǎn)比另兩種技術(shù)路線高，存在神經(jīng)外科手術(shù)、植入物放置所引發(fā)的長(zhǎng)短期安全風(fēng)險(xiǎn)，包括手術(shù)過(guò)程中和手術(shù)后的組織損傷、感染風(fēng)險(xiǎn)，以及腦損傷、炎癥反應(yīng)、骨骼異常生長(zhǎng)、電磁輻射等長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。

非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)很低，但功能有限。其產(chǎn)品形態(tài)通常是穿戴式設(shè)備，將采集腦電信號(hào)的電極附著在頭皮上，提取神經(jīng)元活動(dòng)混合并經(jīng)過(guò)顱骨衰減后的信號(hào)，精度較低。

洪波教授在bci大會(huì)上分享腦機(jī)接口患者康復(fù)情況。

由洪波教授科研團(tuán)隊(duì)采用的則是第三種技術(shù)路線——“半侵入式”微創(chuàng)技術(shù)。即通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)，將硬幣大小的電極植入顱骨下、硬腦膜外的部位，這里距大腦神經(jīng)元很近，但不直接接觸神經(jīng)元細(xì)胞，采集到的信號(hào)強(qiáng)度和分辨率較高，且不存在損傷神經(jīng)細(xì)胞、引發(fā)免疫反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。專家解釋，由于使用無(wú)線供電和通信系統(tǒng)，NEO的電池不需要植入大腦，在避免感染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了“一次植入，終生可用”。

未來(lái)產(chǎn)業(yè)“鏈接”多個(gè)集群

孵化布局揭開(kāi)更多未知

上海正在建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心，加快未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育。兩年前，《上海打造未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來(lái)產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)方案》發(fā)布并提出：要加速“非侵入式”腦機(jī)接口技術(shù)、腦機(jī)融合技術(shù)、類腦芯片技術(shù)、大腦計(jì)算神經(jīng)模型等領(lǐng)域突破，探索腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)障礙、慢性意識(shí)障礙、精神疾病等醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

毛穎教授分享腦機(jī)接口植入手術(shù)。

“可以說(shuō)，腦機(jī)接口是多個(gè)領(lǐng)域共同的切入口。”毛穎表示，“而今電極產(chǎn)業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，材料學(xué)研究持續(xù)深入，腦機(jī)接口‘嫁接’了這些產(chǎn)業(yè)，它非但能解決實(shí)際問(wèn)題，更對(duì)技術(shù)開(kāi)發(fā)、臨床轉(zhuǎn)化，具體到研發(fā)植入材料安全性、研究信號(hào)采集有效性、算法的完善、流程的整合等一系列環(huán)節(jié)均有極大幫助?！被诖?，作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)之一的腦機(jī)接口，成為上海三大先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)——集成電路、生物醫(yī)藥、人工智能共同的交集。也即，腦機(jī)接口產(chǎn)品的電極需要集成電路技術(shù)，研制出可植入大腦的醫(yī)療器械需要生物醫(yī)藥技術(shù)，采集到的腦電信號(hào)則需要人工智能技術(shù)解碼。

上海在腦機(jī)接口領(lǐng)域的布局，也正持續(xù)完善。

2020年陳天橋雒芊芊研究院（TCCI）第一個(gè)腦科學(xué)前沿實(shí)驗(yàn)室，在上海華山醫(yī)院虹橋院區(qū)落成投入使用。實(shí)驗(yàn)室包括了腦機(jī)接口、睡眠夢(mèng)境、認(rèn)知評(píng)估、數(shù)字醫(yī)療等多項(xiàng)內(nèi)容，以國(guó)際化和產(chǎn)業(yè)化為核心特色，進(jìn)一步支持腦科學(xué)研究。

今年5月，復(fù)旦大學(xué)正式批復(fù)成立了神經(jīng)調(diào)控與腦機(jī)接口研究中心。中心旨在服務(wù)神經(jīng)調(diào)控與腦機(jī)接口領(lǐng)域國(guó)家重大交叉融合戰(zhàn)略需求，打造神經(jīng)調(diào)控與腦機(jī)接口原理探索、顛覆性技術(shù)突破與醫(yī)療健康應(yīng)用新質(zhì)生產(chǎn)力創(chuàng)新引擎。據(jù)了解，中心依托類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院，聯(lián)合腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院、腦科學(xué)研究院、大數(shù)據(jù)學(xué)院、集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、附屬華山醫(yī)院、附屬兒科醫(yī)院7家單位共同建設(shè)。

記者從上海市科委了解到，上海積極推進(jìn)腦機(jī)接口前沿技術(shù)創(chuàng)新，至今已孵化落地包括博睿康、腦虎科技、階梯醫(yī)療等創(chuàng)新型企業(yè)，分別在侵入式、半侵入式“賽道”形成產(chǎn)品。這其中，成立于2021年的博?？滇t(yī)療科技（上海）有限公司，近兩年發(fā)展迅猛、嶄露頭角。市科委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次通過(guò)腦機(jī)接口創(chuàng)新產(chǎn)品的臨床試驗(yàn)，博?？低瓿闪恕皬?到1”的重要突破，這也證明“微創(chuàng)半侵入式植入”是一條安全、有效的技術(shù)路線。

博睿康創(chuàng)始人胥紅來(lái)來(lái)自清華大學(xué)，作為腦機(jī)接口鏈主企業(yè)，企業(yè)在該領(lǐng)域深耕，技術(shù)層面從非侵入式邁向半侵入式，產(chǎn)品層面則從腦科學(xué)研究拓展到臨床診療與康復(fù)。過(guò)去兩年，銷售和研發(fā)都取得了重大突破。

“NEO腦機(jī)接口產(chǎn)品就像一個(gè)小小的硬幣，我們?cè)谖迥陼r(shí)間里反復(fù)迭代了近10個(gè)版本，都是在張江科學(xué)城完成的。從產(chǎn)品迭代到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，再到臨床試驗(yàn)的倫理審批，將產(chǎn)品用于腦外傷引起的脊髓損傷患者，一路走來(lái)非常不容易。”此前洪波說(shuō)。

臨床與產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)配合

明年將完成更多腦機(jī)接口植入

從腦機(jī)接口植入手術(shù)成功作為新起點(diǎn)，科學(xué)家們攜手，探索已經(jīng)起步。毛穎表示，“我們希望經(jīng)過(guò)多次磨合，能為臨床與產(chǎn)業(yè)相互協(xié)調(diào)培養(yǎng)一支非常好的隊(duì)伍。后續(xù)隨著新型腦內(nèi)植入物不斷革新，腦內(nèi)多個(gè)功能也將逐步被更好地理解?！?/p>

目前腦機(jī)接口手術(shù)康復(fù)只做了患者手和肢體運(yùn)動(dòng)，今后臨床還將與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，對(duì)語(yǔ)言解碼、語(yǔ)言重建、意識(shí)理解、意識(shí)恢復(fù)等多個(gè)腦功能解析打開(kāi)局面、奠定基礎(chǔ)。臨床的目標(biāo)與產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)高度契合。

洪波還透露，預(yù)計(jì)明年博?？祵㈤_(kāi)展較大規(guī)模的臨床試驗(yàn)，計(jì)劃在全國(guó)約10個(gè)臨床中心完成30—50例腦機(jī)接口植入手術(shù)，爭(zhēng)取讓這款醫(yī)療器械早日獲批上市。而今，企業(yè)還在開(kāi)發(fā)第二代產(chǎn)品，更高密度、更高通量的電極，以便覆蓋更廣泛的腦功能區(qū)，解碼精細(xì)運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)言等。今后，相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)品不僅能幫助患者完成基礎(chǔ)的動(dòng)作，比如吃飯、喝水，甚至能幫助他們進(jìn)行寫字、彈琴等精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制。

未來(lái)已來(lái)，值得人類共同期待。

責(zé)編：寧?kù)o

一審：寧?kù)o

二審：胡澤匯

三審：張德會(huì)

來(lái)源：上觀新聞