“24歲的時候，一次高壓電意外讓我失去了四肢，那正是一個人步入社會的時候……”36歲的受試者背對鏡頭回憶著他的經歷。
此時，他的顱骨上，一枚硬幣大小的腦控植入體可以無線、實時地傳出他的腦電信號，只有頭發絲百分之一粗細的柔性電極與他的大腦運動神經連在一起。他是我國首例侵入式腦機接口前瞻性臨床試驗的受試者，手術在今年3月25日完成。
如今，腦機接口系統植入已將近3個月，系統運行和信號傳輸穩定，受試者也沒有出現感染問題。靠著意念，受試者不僅可以靈活控制電腦光標，還能和家人暢玩“馬里奧賽車”的電子游戲。下一步，科研人員將讓他嘗試腦控機械臂。
這套侵入式腦機接口系統由兩位“90后”科研人員帶領團隊研制完成，他們來自中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（以下簡稱腦智卓越中心），通過與復旦大學附屬華山醫院及相關企業聯合，他們將技術推入臨床試驗階段，這標志著我國成為繼美國之后全球第二個進入侵入式腦機接口系統臨床試驗階段的國家。
受試者術后一個月腦控玩賽車游戲。腦智卓越中心供圖半小時完成植入，五天實現腦控
今年3月20日，經過多輪篩選，受試者從200多位受試志愿者中被選中、入組。在他躺進手術室前，醫護人員用了5天時間，采用了功能磁共振成像聯合CT影像技術重構了受試者專屬三維模型與人腦運動皮層的詳細功能地圖，以確保植入位置的精確性。
手術開始前，他問主刀醫生、華山醫院副主任醫師路俊鋒：“我做這個手術會不會讓我比現在更差？”
“做完之后，最差的情況就是跟現在一樣，這是我能保證的。”路俊鋒答。
在此之前，路俊鋒及其團隊準備了一整年，完成了25次模擬植入手術演練和倫理審查等審批流程。
“手術中，我們要應對兩大技術挑戰，一是如何‘準’，二是如何‘穩’。”路俊鋒說，“大腦就像一個城市，我們要通過術前功能核磁定位、人腦功能圖譜定位、術中核磁共振定位、神經導航技術定位、術中喚醒技術定位等技術，精準地找到‘目的地’。此外還需要采用腦壓控制技術、體位控制技術和電極加固技術，讓植入體能長期穩定留在目的地工作。”
最后，手術的植入過程用時不到30分鐘，植入過程大致包含三個步驟。第一步是在受試者顱骨上“打薄”出一塊硬幣大小的凹槽，并在凹槽中開一個5毫米直徑的穿刺孔；第二步是用鎢針穿過穿刺孔，將只有頭發絲百分之一粗細的柔性電極引入相應的腦神經，并拔出鎢針；第三步是用四個小螺絲將與柔性電極相連的、硬幣大小的植入體固定在顱骨的凹槽中。
“在神經外科手術中，這屬于微創手術，成本也相對較低。”路俊鋒說。
五天后，受試者在試驗人員的指導下，用意念移動了屏幕上的光標。之后，通過兩三周的訓練，他開始用意念下象棋、玩賽車游戲。如今，術后已近3個月，腦機接口系統運行穩定，未出現感染或電極失效的問題，受試者腦控的熟練度達到了跟普通人控制電腦觸摸板相近的水平。
中國首例無線侵入式腦機接口系統前瞻性臨床試驗手術現場，華山醫院路俊鋒教授（左）與吳勁松教授做討論。腦智卓越中心供圖
植入大腦的“世界之最”
受試者腦中植入的設備，包含了多項世界領先的技術。
他顱骨上的腦機接口植入體，是目前全球最小尺寸的腦控植入體。
植入體的直徑為26毫米，厚度不到6毫米，與伊隆·馬斯克創辦企業Neuralink的侵入式腦機接口系統相比，它只有Neuralink植入體產品的一半大小，不需要為了植入設備而整體貫穿受試者顱骨，不僅減少植入損傷，還縮短了術后康復周期。
腦智卓越中心研究員李雪說，“該系統也是國內唯一獲得了注冊型檢報告、可以長期穩定采集到單神經元Spike信號的腦機接口系統。”
目前全球最小尺寸的腦控植入體，僅硬幣大小。腦智卓越中心供圖
伸進他腦神經中的柔性電極，是目前全球最小尺寸、柔性最強的神經電極。
受試者腦中的柔性電極截面積僅為Neuralink所使用電極的五分之一至七分之一，柔性超過Neuralink百倍，可以讓腦細胞幾乎“意識”不到旁邊有異物，可以最大程度降低電極對腦組織的損傷。
“該超柔性神經電極已相繼完成在嚙齒類、非人靈長類和人腦中長期植入和穩定記錄驗證，具備高密度、大范圍、高通量、長時間的穩定在體神經信號采集能力。”腦智卓越中心研究員趙鄭拓說。
趙鄭拓介紹柔性電極和腦控植入體。倪思潔攝
此外，受試者能用意念玩賽車游戲，與腦機接口系統的毫秒級實時在線解碼算法有關。
“該系統可以在十幾毫秒窗口期內，完成神經信號的特征提取、運動意圖解析及控制指令生成全流程。”趙鄭拓說。
趙鄭拓所在的研究組通過自主研發的在線學習框架，突破了傳統靜態解碼模型難以適應神經信號時變特性的問題，實現了低延遲、高魯棒性、跨天穩定的實時在線運動解碼。
“在將這些技術推向臨床試驗階段前，我們依托腦智卓越中心的非人靈長類研究平臺，在獼猴身上驗證了技術的安全性和功能性。”趙鄭拓說。
“將來，期待很大”
侵入式腦機接口系統的研制者以趙鄭拓、李雪及其團隊里的“90后”為主。趙鄭拓和李雪都生于1991年。
早在2016年，在美國德州大學奧斯汀分校攻讀生物醫學工程博士學位的趙鄭拓，讀到了一篇中國科學院院士蒲慕明署名的論文。時任中國科學院腦科學卓越創新中心（腦智卓越中心前身）主任的蒲慕明，在文中介紹了“中國腦計劃”。這篇文章讓趙鄭拓更加堅定了深入學習和探索腦機接口技術的信心。
2019年，趙鄭拓拿到博士學位，進入美國德州大學奧斯汀分校和萊斯大學做博士后研究。在一次學術年會上，他遇見了蒲慕明。“你做的研究，正是未來中國腦機接口彎道超車所需要的技術。”蒲慕明說。
沒過多久，趙鄭拓就受蒲慕明邀請，回國參加學術交流。期間，蒲慕明向他進一步詳述了國家對腦科學研究的規劃，并為他分析了未來腦智卓越中心在其中可能扮演的角色。這次面對面的交流，讓趙鄭拓看到了回國發展的前景，也堅定了加入腦智卓越中心的想法。
回國不到一年，趙鄭拓發現，要想讓國內侵入式腦機接口技術走上臨床應用，就必須補齊侵入式腦機接口從科學研究到臨床應用的缺口。
趙鄭拓介紹，目前的侵入式腦機接口系統在未來獲批注冊上市后，有望顯著改善完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側索硬化癥患者等群體的生存質量。第二代侵入式腦機接口系統的信號通量已經提升了4倍，尺寸縮小了三分之一，預計今年年底或明年年初開啟臨床試驗。
中國首例無線侵入式腦機接口系統前瞻性臨床試驗術后項目團隊合影留念。腦智卓越中心供圖“下一步項目團隊會嘗試讓受試者使用機械臂，使得他可以在物理生活中完成抓握、拿杯子等操作。后續還將涉及到對復雜物理外設進行控制，例如對機器狗、具身智能機器人等智能代理設備的控制，從而拓展他的生活邊界。”李雪說。
科研人員的努力，也讓受試者看到了希望，“將來，期待很大”，“我想將來能控制我的機械臂，腦袋一想就能控制所有智能的東西。”他說。
本文鏈接：未感染、信號穩定，我國首位侵入式腦機接口植入者將嘗試腦控機械臂http://m.sq15.cn/show-11-21981-0.html
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