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，實現(xiàn)“人腦與機(jī)器交互”。癱瘓患者戴上氣囊手套，竟然能拿水瓶喝水了。

　　就在上個月，上海首例腦機(jī)接口產(chǎn)品臨床試驗植入手術(shù)引發(fā)廣泛關(guān)注，這也是我國第三例腦機(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)院院長毛穎首度公開患者術(shù)后康復(fù)情況，“可以用震撼兩個字來形容，患者恢復(fù)過程非常順利，改善十分明顯”。

　　這意味著，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，已跨出堅實一步。

　　“有時甚至感受不到接口”

　　腦機(jī)接口的植入就像買了臺全自動洗衣機(jī)，經(jīng)過指導(dǎo)，患者和家屬可以居家操作

　　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，難以站立，手部也無法抓握。今年11月6日，他的人生因為科技得以扭轉(zhuǎn)。在華山醫(yī)院虹橋院區(qū)，一臺意義重大的腦機(jī)接口手術(shù)歷時1小時40分鐘順利完成。術(shù)后小董持續(xù)隨訪康復(fù)，一個月后驚喜出現(xiàn)：他得以在氣囊手套輔助下，順利舉起瓶子，甚至還自己拿著瓶子喝了一口水，動作流暢。

　　植入小董大腦里的產(chǎn)品，源于博?？滇t(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)院洪波團(tuán)隊合作開發(fā)的NEO腦機(jī)接口產(chǎn)品。這是該產(chǎn)品在全國完成的第三例、在上海完成的首例臨床試驗植入手術(shù)。

　　上海華山醫(yī)院的手術(shù)用時較前兩例手術(shù)大大縮短，這與臨床全新技術(shù)嵌入密不可分。12月4日，華山醫(yī)院院長毛穎接受采訪時告訴記者，“對腦機(jī)接口的未來，我們信心十足，首例腦機(jī)接口手術(shù)比想象中順利?！?/p>

　　“我們只用了3.3分鐘就快速精準(zhǔn)地定位了手部運(yùn)動/感覺腦區(qū)，縮短了手術(shù)時間?！泵f解釋，“我們應(yīng)用自主研發(fā)的新型定位技術(shù)——在線時域空域腦功能定位系統(tǒng)，其定位偏差在毫米級精度范圍內(nèi)，且無須術(shù)中喚醒患者。這使得手術(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。”

　　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)院洪波團(tuán)隊派出兩名工程師，在此后一周內(nèi)為腦機(jī)接口優(yōu)化調(diào)整算法，“每個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”。

　　小董的康復(fù)意愿非常強(qiáng)烈，第三周開始接受腦機(jī)接口控制，第四周就完全掌握拿水瓶、拿蘋果等測試，準(zhǔn)確率達(dá)80%至90%?？祻?fù)中的“九宮格”游戲訓(xùn)練，小董完成得也比此前手術(shù)的患者更好?！坝袝r我甚至都感覺不到腦機(jī)接口的存在?！毙《嬖V工程師。

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

　　12月7日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授洪波向記者解釋：NEO系統(tǒng)采用無線微創(chuàng)技術(shù)，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，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，傳送到電腦或者手機(jī)上，借助解碼算法實現(xiàn)腦機(jī)接口通信。

　　洪波補(bǔ)充說，通過長期動物試驗已驗證，NEO腦機(jī)接口不會破壞神經(jīng)組織，信號穩(wěn)定，由于采用近場無線供電和通信技術(shù)，患者體內(nèi)也無需裝電池，“腦機(jī)接口的植入就像買了一臺全自動洗衣機(jī)，經(jīng)過工程師指導(dǎo)后，患者和家屬完全可以居家自己操作”。

　　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)。一般來說，第一階段康復(fù)需要花費(fèi)1.5個月至2個月，而他只用了1個月。在洪波看來，這與華山醫(yī)院毛穎團(tuán)隊精湛的手術(shù)技巧密不可分，再配合小董強(qiáng)烈的自主意愿，效果十分明顯。記者了解到，整個第一階段康復(fù)需要維持3個月，待小董徹底熟練順利操作后，第二階段將通過腦機(jī)接口開展脊髓神經(jīng)修復(fù)，預(yù)計需要6個月至9個月時間。

　　上海首臺腦機(jī)接口手術(shù)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。

　　實現(xiàn)“一次植入終生可用”

　　采用“半侵入式”微創(chuàng)技術(shù)，采集到的信號強(qiáng)度和分辨率較高，不損傷神經(jīng)細(xì)胞

　　時光追溯到上世紀(jì)末，一部關(guān)于腦機(jī)接口的科幻電影《黑客帝國》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算機(jī)進(jìn)行交互的設(shè)備。它通過將電極植入大腦，讓人類能夠感知和控制計算機(jī)中的虛擬世界。

　　十幾年后，科幻技術(shù)正在走向現(xiàn)實。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·阿博已能通過腦電信號直接控制鼠標(biāo)，用意念在電腦上下國際象棋、玩電子游戲，并在社交平臺X上發(fā)帖子。上個月，Neuralink宣布，他們已獲準(zhǔn)開展腦機(jī)接口技術(shù)控制機(jī)械臂的試驗，“這不僅是恢復(fù)數(shù)字自由重要的第一步，也是恢復(fù)身體自由重要的第一步”。在馬斯克看來，腦機(jī)接口設(shè)備今后可治療記憶力衰退、頸脊髓損傷及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病，幫助癱瘓人群恢復(fù)與外界溝通的能力，甚至重新行走。

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

　　科學(xué)家解釋，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，實現(xiàn)直接信息交互的新興技術(shù)。它通過記錄裝置采集顱內(nèi)或腦外的大腦神經(jīng)活動，并通過人工智能模型等算法對神經(jīng)活動進(jìn)行解碼，解析出神經(jīng)活動中蘊(yùn)含的主觀意圖，再輸出相應(yīng)指令，操控外部裝置實現(xiàn)與人的主觀意圖一致的行為，并接收來自外部設(shè)備的反饋信號。

　　“人的大腦能指揮四肢，完成各種感知運(yùn)動，但如果出現(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，腦機(jī)接口就是在大腦和四肢感知運(yùn)動之間建立一座新橋梁，讓這些患者能重新動起來。這個前沿科技領(lǐng)域涉及微電子、人工智能、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等多個學(xué)科的交叉創(chuàng)新。

　　就目前來看，腦機(jī)接口“技術(shù)路線”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，即通過神經(jīng)外科手術(shù)，將電極等信號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)信號采集。

　　侵入式腦機(jī)接口的優(yōu)勢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)信號采集；但其風(fēng)險比另兩種技術(shù)路線高，存在神經(jīng)外科手術(shù)、植入物放置所引發(fā)的長短期安全風(fēng)險，包括手術(shù)過程中和手術(shù)后的組織損傷、感染風(fēng)險，以及腦損傷、炎癥反應(yīng)、骨骼異常生長、電磁輻射等長期風(fēng)險。

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

　　洪波團(tuán)隊采用的是第三種技術(shù)路線——“半侵入式”微創(chuàng)技術(shù)。即通過微創(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。專家解釋，由于使用無線供電和通信系統(tǒng)，NEO的電池不需要植入大腦，在避免感染風(fēng)險的同時，實現(xiàn)“一次植入，終生可用”。

　　明年開展較大規(guī)模臨床

　　今后臨床還將與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，在語言解碼、語言重建、意識理解、意識恢復(fù)等方面打開局面

　　上海正在建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心，加快未來產(chǎn)業(yè)培育。兩年前，《上海打造未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來產(chǎn)業(yè)集群行動方案》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)動障礙、慢性意識障礙、精神疾病等醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　“可以說，腦機(jī)接口是多個領(lǐng)域共同的切入口?！泵f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”這些產(chǎn)業(yè)，不僅能解決實際問題，更對技術(shù)開發(fā)、臨床轉(zhuǎn)化，具體到研發(fā)植入材料安全性、研究信號采集有效性、算法的完善、流程的整合等一系列環(huán)節(jié)均有極大幫助?；诖?，作為未來產(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。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)域的布局正持續(xù)完善。

　　2020年，陳天橋雒芊芊腦科學(xué)研究院(TCCI)第一個腦科學(xué)前沿實驗室，在上海華山醫(yī)院虹橋院區(qū)落成投用。實驗室包括腦機(jī)接口、睡眠夢境、認(rèn)知評估、數(shù)字醫(yī)療等多項內(nèi)容，以國際化和產(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)批復(fù)成立神經(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)全國重點實驗室、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?？?、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。近兩年，成立于2021年的博?？滇t(yī)療科技(上海)有限公司發(fā)展迅猛、嶄露頭角。市科委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次通過腦機(jī)接口創(chuàng)新產(chǎn)品的臨床試驗，博?？低瓿伞皬?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?？祫?chuàng)始人胥紅來來自清華大學(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)。過去兩年，銷售和研發(fā)均取得重大突破。

　　“NEO腦機(jī)接口產(chǎn)品就像一個小小的硬幣，我們在五年時間里反復(fù)迭代近10個版本，都是在張江科學(xué)城完成的。從產(chǎn)品迭代到動物實驗，再到臨床試驗的倫理審批，將產(chǎn)品用于腦外傷引起的脊髓損傷患者，一路走來非常不容易?！焙椴ㄕf。

　　以腦機(jī)接口植入手術(shù)成功作為新起點，科學(xué)家攜手探索已經(jīng)起步。毛穎表示，“我們希望經(jīng)過多次磨合，能為臨床與產(chǎn)業(yè)相互協(xié)調(diào)培養(yǎng)一支非常好的隊伍。后續(xù)隨著新型腦內(nèi)植入物不斷革新，腦內(nèi)多個功能也將逐步被更好地理解”。

　　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，今后臨床還將與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，在語言解碼、語言重建、意識理解、意識恢復(fù)等多個腦功能解析打開局面。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)計明年博睿康將開展較大規(guī)模的臨床試驗，計劃在全國約10個臨床中心完成30至50例腦機(jī)接口植入手術(shù)，爭取讓這款醫(yī)療器械早日獲批上市。如今，企業(yè)還在開發(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)動和語言等。今后，相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)品不僅能幫助患者完成基礎(chǔ)動作，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)動控制。

　　“目前，腦機(jī)接口在神經(jīng)信號采集、無線供能和通信方面缺少成熟的芯片解決方案，我們計劃與上海頂尖的半導(dǎo)體設(shè)計高校和企業(yè)合作，從底層提升系統(tǒng)性能，進(jìn)一步強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)的國產(chǎn)化能力?！瘪慵t來說。(記者 顧泳 俞陶然)