当脑机接口走进现实

2024-02-08科技

在脑中植入电极，捕捉人的意念，经过算法解码，实现人机交互，让瘫痪已久的肢体「复活」。这种科幻小说中才会有的情节，经过50多年的发展，正在逐渐成为现实。

2月1日，首都医科大学宣武医院召开媒体沟通会，介绍了一项脑机接口临床试验突破性进展成果——全球首例通过植入式硬膜外电极脑机接口辅助治疗颈髓损伤引起的四肢截瘫患者，经过3个月治疗能够实现自主脑控喝水。记者在宣武医院类脑智能临床转化研究中心采访，感受脑机接口技术在医疗领域的无限可能。

瘫痪了14年的老杨
端起了水杯

「脑机接口就是在挑战不可能，向当下无法治疗的疾病发起挑战。」宣武医院院长赵国光说。老杨所遭遇的就是「无法治疗的疾病」。50多岁的老杨，因为14年前的一场车祸导致四肢瘫痪。2023年10月24日，决定在脊髓损伤领域探索脑机接口可能性的赵国光团队，与愿意接受新技术的老杨一拍即合，在清华大学医学院洪波教授团队的支持下，共同完成了无线微创植入脑机接口的首例临床植入试验。

这例临床试验考虑先重建老杨的右手功能。赵国光介绍：人体的动作源自大脑意念产生脑电波，就像指挥部发出调集士兵的信号。患者因为神经系统受损，造成指挥部和士兵之间的通信受阻，脑机接口就是帮助重新打通这个链路。

赵国光通过一张流程图讲述了这一过程：「首先，需要在目前已知的250多个大脑区域里定位到支配右手运动的区域，并将两个硬币大小的脑机接口处理器植入到相应位置以采集脑电信号；然后，通过算法解码，将老杨的意念转化为计算机可识别的语言，从而驱动气动手套完成握取的动作。」

这套脑机接口处理器主要分为两部分：一个是负责采集脑电信号的电极，另一个是负责运算的体内机。电极和体内机的植入位置是关键所在。赵国光介绍，脑部从头皮向内，脑电信号越来越清晰，植入位置不仅影响着信号的采集，也影响着植入的安全性。

据了解，当前脑机接口根据信号采集方式和位置不同，分为侵入式、非侵入式和介入式3种形式。侵入式是指通过开颅手术，将电极植入大脑皮层附近，直接采集高质量的脑电信号。这种方式可以获取高质量、高空间分辨率和高时间分辨率的神经电活动信号，但也存在着手术风险高以及生物相容性和长期稳定性等方面的问题。此外，还有通过头皮表面或其他途径进行信号采集和刺激的非侵入式脑机接口。此种方式安全性好，但采集的信号较差。还有，通过微创介入方式，即将血管穿刺小口，通过类似心脏支架的微创手术实现脑机连接的介入式脑机接口。

美国企业家埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司「神经连接」于1月28日利用「心灵感应」（Telepathy）进行的首例脑机接口设备人体移植，采用的便是侵入式脑机接口。

「我们的临床试验路径相较于上述技术手段，在无线微创方面实现了两大突破。」赵国光表示:一是通过植入脑机接口，将体内机埋在颅骨内，电极覆盖在硬膜外，在保证颅内信号质量的同时，不破坏神经组织；二是采用了近场无线供电和传输信号，植入颅骨的体内机无需电池，由体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，实现脑机接口通信。

经过3个月的居家康复训练，老杨目前可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。

关于脑机接口的畅想
才刚刚开始

植入脑中的两个电极各有4个接触点用来采集信号。那么，不开颅，如何准确地把每一个接触点精准地放置在老杨脑部控制右手感觉和运动的区域？记者的疑问在宣武医院类脑智能临床转化研究中心得到了答案。

在该中心最里侧的小屋里，摆放着一台酷似核磁共振仪的大型设备。设备头部置有一个可探测脑电波产生的微弱磁场的「头盔」，旁边显示屏内展示着大脑功能区的分布状况。「这就是植入手术所需要的导航器——无液氦脑磁图仪。」负责研发该仪器的首席科学家蔡宾告诉记者。

蔡宾拿起一个橡皮块大小的物件介绍：「有64个这样的传感器分布在头颅周围，实现全脑覆盖和三维定位。这套系统可以精准无创地定位到控制右手运动功能的具体位置，为植入手术勾勒出一个术前导航图，以便植入电极能采集到更准确的脑电信号。」

记者走进一处光线昏暗的神秘空间，一套由电极头套、VR眼镜、计算机、康复机器人组成的系统跃入眼帘。它为治疗老杨这样的脊髓损伤患者，提供了另一种想象空间。

「这是一种综合运动想象、虚拟现实、机器人辅助技术来重塑神经功能的脑机接口康复技术。」宣武医院刘霖副主任治疗师介绍，让患者头戴电极帽，可以捕捉其脑中与运动想象相关的神经活动，随后利用计算机对脑电信息进行检测，在患者想象的情况之下，使患者佩戴VR眼镜进行模拟训练，再由康复机器人带动患者进行现实中的运动。这样不断地刺激受损脊髓神经，可以逐渐帮助患者重建上下连接的运动神经通路。

脑机接口的尝试不止于脊髓损伤领域。在类脑智能临床转化研究中心还展示着无线微创植入脑机接口的前辈——一种主要用于治疗难治性癫痫的侵入式脑机接口技术。2022年，宣武医院作为牵头单位之一，对这项技术开展多中心、前瞻性、随机对照的研究，目前已经对40多名患者进行了临床试验。

「这套系统的特点在于能实现闭环刺激。」赵国光介绍，它能够感知、识别颅内脑电信号，如癫痫马上要发作，系统识别后同时给出刺激，把即将发作的癫痫终止，形成闭环。

脑机接口的应用场景还在不断延伸，赵国光对此充满期待：「渐冻症、帕金森病、精神性疾病、脑卒中等重大脑疾病，都是未来脑机接口技术可以涉足的领域。利用脑机接口技术，有望让失明患者重新感受到光，让失聪患者重获听力，甚至实现脑机融合智能，直接拓展人脑信息处理能力……」

关于脑机接口的畅想才刚刚开始，而在不久的将来，在业界的不懈探索之下，这些畅想终能带领更多患者走出困境。