當腦機介面走進現實

2024-02-08科技

在腦中植入電極，捕捉人的意念，經過演算法解碼，實作人機互動，讓癱瘓已久的肢體「復活」。這種科幻小說中才會有的情節，經過50多年的發展，正在逐漸成為現實。

2月1日，首都醫科大學宣武醫院召開媒體溝通會，介紹了一項腦機介面臨床試驗突破性進展成果——全球首例透過植入式硬膜外電極腦機介面輔助治療頸髓損傷引起的四肢截癱患者，經過3個月治療能夠實作自主腦控喝水。記者在宣武醫院類腦智慧臨床轉化研究中心采訪，感受腦機介面技術在醫療領域的無限可能。

癱瘓了14年的老楊
端起了水杯

「腦機介面就是在挑戰不可能，向當下無法治療的疾病發起挑戰。」宣武醫院院長趙國光說。老楊所遭遇的就是「無法治療的疾病」。50多歲的老楊，因為14年前的一場車禍導致四肢癱瘓。2023年10月24日，決定在脊髓損傷領域探索腦機介面可能性的趙國光團隊，與願意接受新技術的老楊一拍即合，在清華大學醫學院洪波教授團隊的支持下，共同完成了無線微創植入腦機介面的首例臨床植入試驗。

這例臨床試驗考慮先重建老楊的右手功能。趙國光介紹：人體的動作源自大腦意念產生腦電波，就像指揮部發出調集士兵的訊號。患者因為神經系統受損，造成指揮部和士兵之間的通訊受阻，腦機介面就是幫助重新打通這個鏈路。

趙國光透過一張流程圖講述了這一過程：「首先，需要在目前已知的250多個大腦區域裏定位到支配右手運動的區域，並將兩個硬幣大小的腦機介面處理器植入到相應位置以采集腦電訊號；然後，透過演算法解碼，將老楊的意念轉化為電腦可辨識的語言，從而驅動氣動手套完成握取的動作。」

這套腦機介面處理器主要分為兩部份：一個是負責采集腦電訊號的電極，另一個是負責運算的體內機。電極和體內機的植入位置是關鍵所在。趙國光介紹，腦部從頭皮向內，腦電訊號越來越清晰，植入位置不僅影響著訊號的采集，也影響著植入的安全性。

據了解，當前腦機介面根據訊號采集方式和位置不同，分為侵入式、非侵入式和介入式3種形式。侵入式是指透過開顱手術，將電極植入大腦皮層附近，直接采集高品質的腦電訊號。這種方式可以獲取高品質、高空間分辨率和高時間分辨率的神經電活動訊號，但也存在著手術風險高以及化石相容性和長期穩定性等方面的問題。此外，還有透過頭皮表面或其他途徑進行訊號采集和刺激的非侵入式腦機介面。此種方式安全性好，但采集的訊號較差。還有，透過微創介入方式，即將血管穿刺小口，透過類似心臟支架的微創手術實作腦機連線的介入式腦機介面。

美國企業家埃隆·馬斯克旗下的腦機介面公司「神經連線」於1月28日利用「心靈感應」（Telepathy）進行的首例腦機介面裝置人體移植，采用的便是侵入式腦機介面。

「我們的臨床試驗路徑相較於上述技術手段，在無線微創方面實作了兩大突破。」趙國光表示:一是透過植入腦機介面，將體內機埋在顱骨內，電極覆蓋在硬膜外，在保證顱內訊號品質的同時，不破壞神經組織；二是采用了近場無線供電和傳輸訊號，植入顱骨的體內機無需電池，由體外機隔著頭皮給體內機供電，並接收腦內的神經訊號，傳送到電腦或者手機上，實作腦機介面通訊。

經過3個月的居家康復訓練，老楊目前可以透過腦電活動驅動氣動手套，實作自主喝水等腦控功能，抓握準確率超過90%。

關於腦機介面的暢想
才剛剛開始

植入腦中的兩個電極各有4個接觸點用來采集訊號。那麽，不開顱，如何準確地把每一個接觸點精準地放置在老楊腦部控制右手感覺和運動的區域？記者的疑問在宣武醫院類腦智慧臨床轉化研究中心得到了答案。

在該中心最裏側的小屋裏，擺放著一台酷似核磁共振儀的大型裝置。裝置頭部置有一個可探測腦電波產生的微弱磁場的「頭盔」，旁邊顯示器內展示著大腦功能區的分布狀況。「這就是植入手術所需要的導航器——無液氦腦磁圖儀。」負責研發該儀器的首席科學家蔡賓告訴記者。

蔡賓拿起一個橡皮塊大小的物件介紹：「有64個這樣的傳感器分布在頭顱周圍，實作全腦覆蓋和三維定位。這套系統可以精準無創地定位到控制右手運動功能的具體位置，為植入手術勾勒出一個術前導航圖，以便植入電極能采集到更準確的腦電訊號。」

記者走進一處光線昏暗的神秘空間，一套由電極頭套、VR眼鏡、電腦、康復機器人組成的系統躍入眼簾。它為治療老楊這樣的脊髓損傷患者，提供了另一種想象空間。

「這是一種綜合運動想象、虛擬現實、機器人輔助技術來重塑神經功能的腦機介面康復技術。」宣武醫院劉霖副主任治療師介紹，讓患者頭戴電極帽，可以捕捉其腦中與運動想象相關的神經活動，隨後利用電腦對腦電資訊進行檢測，在患者想象的情況之下，使患者佩戴VR眼鏡進行模擬訓練，再由康復機器人帶動患者進行現實中的運動。這樣不斷地刺激受損脊髓神經，可以逐漸幫助患者重建上下連線的運動神經通路。

腦機介面的嘗試不止於脊髓損傷領域。在類腦智慧臨床轉化研究中心還展示著無線微創植入腦機介面的前輩——一種主要用於治療難治性癲癇的侵入式腦機介面技術。2022年，宣武醫院作為牽頭單位之一，對這項技術開展多中心、前瞻性、隨機對照的研究，目前已經對40多名患者進行了臨床試驗。

「這套系統的特點在於能實作閉環刺激。」趙國光介紹，它能夠感知、辨識顱內腦電訊號，如癲癇馬上要發作，系統辨識後同時給出刺激，把即將發作的癲癇終止，形成閉環。

腦機介面的套用場景還在不斷延伸，趙國光對此充滿期待：「漸凍癥、帕金森病、精神性疾病、腦卒中等重大腦疾病，都是未來腦機介面技術可以涉足的領域。利用腦機介面技術，有望讓失明患者重新感受到光，讓失聰患者重獲聽力，甚至實作腦機融合智慧，直接拓展人腦資訊處理能力……」

關於腦機介面的暢想才剛剛開始，而在不久的將來，在業界的不懈探索之下，這些暢想終能帶領更多患者走出困境。