記者 黃海華
中國首例侵入式腦機接口臨床試驗受試者的生活，正在發(fā)生改變——兩個多月來，他用意念下象棋，和家人玩賽車游戲，“腦控”效率與普通人控制電腦觸摸板相近。其樂融融中，他對于“一個家的幸福”有了更多感悟：一家人在一起共同做一件事，就是幸福。
從非侵入式到半侵入式再到侵入式，對于中國腦機接口領(lǐng)域而言，這不啻一個里程碑。我國成為繼美國之后全球第二個開展侵入式腦機接口臨床試驗的國家，且多項指標超越馬斯克創(chuàng)立的腦機接口公司Neuralink。
地處上海的中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱“腦智卓越中心”）聯(lián)合復旦大學附屬華山醫(yī)院，與滬上相關(guān)企業(yè)合作完成了這一創(chuàng)舉。對于正在建設(shè)有全球影響力科技創(chuàng)新高地的上海而言，該成果為腦機接口這一未來產(chǎn)業(yè)提供了“上海方案”。
“全球首創(chuàng)”獲國際同行認可
相比馬斯克的腦機接口公司，“上海方案”優(yōu)勢在哪里？
“在同一技術(shù)賽道上，我們的電極又細又柔，粗細僅相當于一根頭發(fā)絲的百分之一；柔軟程度僅為細胞間的作用力。”腦智卓越中心研究員趙鄭拓介紹，這一全球最小尺寸的神經(jīng)電極，僅為Neuralink所使用電極的1/5到1/7，柔性卻是其百倍。這使得腦細胞幾乎“意識”不到旁邊有異物，最大程度降低了對腦組織的損傷。
這一創(chuàng)新技術(shù)在全球范圍首創(chuàng)長期植入腦組織后無免疫瘢痕，得到國際同行廣泛認可，成為長期穩(wěn)定測量神經(jīng)元活動的理想工具。對此，《麻省理工科技評論》認為，“Neuralink技術(shù)很領(lǐng)先，但并未超越此技術(shù)。”《科學》則評論“有潛力構(gòu)建復雜腦機接口”。
“植入體尺寸被極致壓縮，僅硬幣大小，是Neuralink產(chǎn)品的一半。”腦智卓越中心研究員李雪介紹，該植入體直徑26毫米、厚度不到6毫米，是全球最小尺寸的腦控植入體。
目前，所有腦機接口技術(shù)路徑都是在手術(shù)友好程度和信號質(zhì)量上尋求最佳平衡。
“相比Neuralink需要依賴手術(shù)機器人才能完成植入，我們在手術(shù)時植入體不需要貫穿顱骨，只需在大腦運動皮層上方的顱骨‘打薄’出硬幣大小的一個凹槽，用以鑲嵌植入體，再在凹槽中打出一個5毫米的穿刺孔，用以插入電極。”首例侵入式腦機接口臨床試驗“主刀人”、華山醫(yī)院神經(jīng)外科教授路俊鋒說，除了手術(shù)流程是“第一次”，這一微創(chuàng)手術(shù)對于醫(yī)生來說“再尋常不過”，對于患者“手術(shù)友好程度相當高”。
“90后”科學家與上海雙向奔赴
侵入式腦機接口是把電極植入大腦皮層中，直接接觸神經(jīng)元細胞。從非侵入式到半侵入式再到侵入式，腦機接口信號質(zhì)量逐步提升，但技術(shù)難度也相應(yīng)增加。由于可以采集到高質(zhì)量的單神經(jīng)元信號，侵入式技術(shù)路徑正成為大國技術(shù)角力的重點方向。
“真正的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折是我決定來上海，加入腦智卓越中心。”趙鄭拓告訴記者。學有所成后，“90后”科學家與腦智卓越中心開啟了一場“雙向奔赴”。
中國科學院院士、腦智卓越中心學術(shù)主任蒲慕明告訴記者，因為看到腦機接口技術(shù)的重要性和國內(nèi)相關(guān)人才的缺乏，早在2019年趙鄭拓剛拿到美國得克薩斯大學奧斯汀分校生物醫(yī)學工程博士學位時，腦智卓越中心就向他發(fā)出了邀請。
趙鄭拓也對這一中國腦科學研究重鎮(zhèn)心儀已久，早年他就讀過蒲慕明在《神經(jīng)元》上發(fā)表的一篇有關(guān)中國腦計劃的文章，其中提及的大規(guī)模神經(jīng)活動記錄工具讓他印象特別深刻，“既讓我堅定了科研方向，也在我心里埋下了一顆種子：如果有機會在這樣一位科學家的領(lǐng)導下工作，一定是年輕科研人員難得的機遇。”
2020年一結(jié)束在美博士后研究，趙鄭拓就加入腦智卓越中心，成為“腦機接口技術(shù)及其臨床應(yīng)用”項目首席科學家。李雪2020年從美國萊斯大學電子與計算機學院博士畢業(yè)后，入選腦智卓越中心首批青年研究員計劃——不需要博士后經(jīng)歷，直接被聘為研究組組長，并擁有自己獨立的實驗室。
駛上“快車道”瞄準“2.0”
兩位“90后”科學家的腦機接口研究駛上了“快車道”。在上海市支持下，腦智卓越中心建起了先進的微納電子加工平臺，可以對微米至納米尺度的腦機接口器件精確加工和制備，從而加速了研發(fā)進程。
基于超柔性電極搭建的電生理工具平臺，腦智卓越中心成為全世界僅有的3家能夠進行大規(guī)模人腦單細胞記錄的科研機構(gòu)之一，另2家為美國麻省總院與加州大學舊金山分校。
目前，馬斯克的侵入式腦機接口臨床試驗已經(jīng)做到第5例患者。中國首例之后，是否還有2.0版？
“接下來，我們會嘗試讓首例受試者使用機械臂，使得他可以抓握、拿杯子。后續(xù)還將攻關(guān)對機器狗、具身智能機器人等設(shè)備的控制，從而拓展他的生活邊界，這是馬斯克團隊至今也尚未攻克的難題。”李雪介紹，今年計劃再完成三四例臨床試驗。
腦機接口系統(tǒng)2.0版將于今年底或明年初發(fā)布，它將有256條信息傳輸通道，是目前臨床試驗產(chǎn)品的4倍，體積則比現(xiàn)有產(chǎn)品還要小1/3，除了提升癱瘓患者的運動控制功能，還有望恢復失語患者的語言功能。
腦機接口，不僅僅是一個機械接口，它重新連接的是世界。
當下，腦機接口技術(shù)為機體功能重建、神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療提供了一種新的解決方案，未來更是實現(xiàn)人體增強、人機融合的一個底層技術(shù)。在趙鄭拓看來，在更長遠的未來，隨著人機交互效率大幅提升，腦機接口產(chǎn)品甚至可以成為面向健康人群的消費級應(yīng)用。
今年1月上海發(fā)布“腦機接口未來產(chǎn)業(yè)培育行動方案”，提出2030年前打造全球腦機接口產(chǎn)品創(chuàng)新高地。趙鄭拓覺得更有干勁了，“如果要說這幾年最大的感受，那就是不要低估一個清晰愿景的力量。曾經(jīng)有人覺得我們的目標太理想主義，但選對了團隊和環(huán)境，真的有可能一步步落地。”
