老楊（化名）怎么也想不到，在他遭遇嚴重車禍、四肢癱瘓14年后，自己的右手還能再一次抓握起一只水杯。
在他的家里，攝像機記錄了他戴著氣動機械手套抓握起一瓶橙汁飲料的畫面。看得出來，老楊很高興，這對他是一個質的變化——他已經十多年不能自己喝水吃飯了。
老楊通過無線微創腦機接口成功實現腦控抓握。 圖片來源：清華大學
如果說要感謝，他要感謝這個時代的科技進步，感謝這項還處于小規模臨床試驗階段、但已經成為熱門話題的“腦機接口”的技術。遭遇嚴重車禍，他是不幸的；但他也是幸運的，因為在2023年10月24日這天，他成為了這個星球上首個接受無線微創植入腦機接口手術的癱瘓病人。
“里應外合、無線微創”
老楊的腦機接口手術是在北京的宣武醫院成功進行的，宣武醫院院長趙國光、單永治主任團隊主持并開展了植入手術。而設計研發這款“無線微創植入腦機接口NEO”設備的，是清華大學醫學院教授洪波領銜的團隊，以及從其實驗室孵化出來創業公司“博瑞康科技”。
羅馬不是一天建成的。洪波告訴《中國科學報》，團隊從2013年開始做相關的研發設計，距今已經花了十多年時間。“這是一段很長的路，我們希望解決腦機接口這樣從一個科學想法到工程實現、走進臨床的技術問題。”
也就是說，老楊手臂上的氣動機械手套受控實現的一個簡單的抓握動作，凝聚了整個團隊十年心血：“信號要采對、解碼要準確、執行設備要工作正常，才能形成一個完整的腦機接口控制機械手套的應用。”
洪波對用在老楊身上的腦機接口設備及手術有一個形象的描述：“里應外合、無線微創”。
“微創”是該方案最顯眼的關鍵詞。腦機接口技術發展以來，大家默認只有兩種方案：植入式、非植入式（也稱侵入式和非侵入式），區別在于讀取大腦信號的電極是否插入了大腦組織。但洪波團隊設計的方案介于兩者之間，謂之曰“半植入式”。
他解釋說，大腦自內向外都可以“放電”，亦即腦電波，但放電的功率逐漸衰減。如果把大腦比作一個大會堂，植入式腦機接口方案就是在會堂里均勻擺放若干麥克風，非植入式就是只在會堂外面放一個擴音器。而他們的半植入式方案，則取了個折中：把麥克風貼在門里面。
老楊的腦袋上就是這般光景。他頭上的腦機接口設備由3部分組成：電極、體內機和體外機。研究團隊首先用磁共振技術定位了老楊運動感知皮層，這里就是開顱手術（僅打開顱骨、不破壞硬膜）位置。之后，采集信號的電極覆蓋在位于顱骨和大腦皮層之間的硬膜外，負責處理和通訊的體內機則埋入厚度約6~10毫米的顱骨內，可吸附于頭皮的體外機則一邊接收、傳輸腦電信號，一邊隔著頭皮給體內機供電。
“我們這樣做肯定不是為了炫技，而是希望能夠在腦機接口信號性能和病患創傷之間取得一個平衡，讓患者最大限度地受益。”洪波說。
洪波命名他們植入的設備為“無線微創植入腦機接口NEO系統”，采用了近場無線供電和通信技術。為了盡可能實現微創，整個系統和集成了329個零部件的體內機，僅有兩個1元硬幣大小，“這里面要解決非常復雜的工程問題”。
結果令他們十分滿意：老楊在宣武醫院接受完手術的第10天，就出院回家了。
洪波驕傲地說：“目前為止，植入腦機接口設備，在全世界范圍內只有我們的方案可以實現病患在手術后7~10天就可以回家。”
老楊回到家后，腦機接口設備工作正常。經過大概一個多月的訓練，他的右手在氣動機械手臂的幫助下，抓握起了礦泉水瓶。當然，抓握的指令信號來自于老楊的大腦皮層——它們本應在體內通過神經元的接力傳導給手指，但現在，信號經過采集、傳輸、解碼，最終控制了氣動手臂。
“撞車”馬斯克
2024年1月29日，清華大學—宣武醫院聯合團隊召開臨床試驗階段總結會，宣布首例患者腦機接口康復取得突破性進展。
孰料，中國與大洋彼岸的美國在腦機接口技術的探索上，居然迎來一次歷史性的巧合。
1月30日，埃隆·馬斯克宣布其腦機接口公司Neuralink完成了首例人類大腦設備植入手術，并發推表示“初步結果顯示令人期待”。2月20日，馬斯克在社交媒體X上表示，Neuralink公司首位植入大腦芯片的人類患者成功地利用意念控制了電腦鼠標。
Neuralink公司的腦機接口植入物。圖片來源：Neuralink
這是Neuralink公司被美國食品藥品監督管理局拒絕兩次、延宕四年后，終于在人體上開展的腦機接口試驗。
但要指出的是，Neuralink公司的腦機接口試驗是創傷性風險更大的全植入式方案。對比而言，清華大學—宣武醫院開展的半植入式腦機接口臨床試驗顯得溫和得多。
客觀地說，中國對腦機接口技術用于臨床試驗的管控，比美國更加嚴苛。
中國科學院深圳先進技術研究院正高級工程師李驍健是植入式腦機接口技術方面的專家。“Neuralink代表了植入式腦機接口技術路線。”他告訴《中國科學報》，該技術路線已經在動物上使用多年，需要將電極植入腦內。
他進一步介紹說，Neuralink團隊的植入式腦機接口，電極需要刺入腦組織，不過是在腦皮層較淺的位置——約幾個毫米，也可稱之為“皮層信號的腦機接口”。李驍健說：“這種方式由于腦皮層面積足夠大，表征的信息也足夠多，比較適合做腦控。”
李驍健一語道破了植入式方案的優勢：植入式電極插入腦組織中，也就是擠在神經元“堆”里，可以輕易獲取到高頻（可達上千赫茲）信號。非植入式方案由于隔著顱骨和頭皮，只能采集到非常低頻（20赫茲以下）的腦內神經脈沖。而清華大學洪波團隊的“半植入式”，采集到的信號強度則介于兩者之間。
在李驍健看來，“半植入式”方案恰恰凸顯了洪波研究團隊的智慧——這種既保守又穩健的方式，直接推動了我國腦機接口技術在臨床上的探索應用。有業內人士表示，類似馬斯克所主張的略顯激進的全植入式方案，在國內嚴苛的監管之下，短時間內恐怕不會獲批進入臨床試驗。
“可以說，清華團隊將比較傳統的神經醫療器械做了‘組合式創新’，這種組合式創新使得腦機接口技術順利獲批進入臨床，開啟了中國腦機接口技術探索的新階段。”李驍健說。
回歸到科學探討的層面，除了更高的創傷風險之外，全植入式方案的確隱藏著更多隱患。
洪波向《中國科學報》介紹說，他們也考慮了全植入式方案的風險性。首先，全植入式腦機接口系統需要一個開放式創口才能植入，這就會產生感染風險；其次，電極插入腦組織，還可能會產生膠質細胞的免疫反應。而這會引起連鎖效應：細胞可能會包裹電極導致信號變差，而電極則有可能因結痂產生其他風險。
近期，英國《自然》網站報道，有研究人員認為，馬斯克的Neuralink團隊的成果并非一項重大創新之舉。同時，他們對該設備的安全性和保密性表示質疑。
無獨有偶，最近，“腦機接口之父”、美國杜克大學榮休教授米格爾·尼科萊利斯也在接受《中國科學報》專訪時對植入式腦機接口的未來表達了悲觀預期：“盡管我發明了侵入式腦機接口，在這方面有20年的專利，但我認為對大多數病人和商業企業來說，非侵入式腦機接口才是未來數年（在醫學康復領域大規模商業應用）的發展主流。”
一個新的開始
《中國科學報》了解到，利用半植入式方案，洪波團隊聯合天壇醫院業已完成了第二例腦機接口臨床試驗。
“第二例患者更加年輕，三十多歲，也是車禍引起的脊髓損傷，于2023年12月19日由天壇醫院賈旺主任團隊成功植入。”洪波介紹說，這位年輕患者的自身情況相對嚴重，肘部也不能動，不能驅動機械手，但他可以驅動屏幕光標，用屏幕上的紅球撞擊藍色的球。
“相信經過一段時間的磨合，這位患者能夠利用腦機接口獨立操控電腦、手機，自己在屏幕上翻書。”洪波說。
還記得馬斯克Neuralink公司那位患者嗎？ta接受的是全植入式方案，所能做到的也只是“成功地利用意念控制了電腦鼠標”。
有了前述兩例患者的成功試驗，洪波團隊開始著眼未來。
“我們希望做面向第三類植入醫療器械（注：第三類屬于最高級別）的開發論證并獲得審評許可。這需要大規模的臨床試驗驗證，樂觀估計，也至少需要兩年。”洪波暢想道，獲得了這一許可，他們的腦機接口系統就能在全國各地的一員推廣使用。“當然，這很需要耐心，我們現在還只是小規模的臨床試驗。”
在技術上，洪波團隊也設置了更高的目標。“我們計劃每兩年實現一次升級，不斷改進系統的各項性能。”他以“通道數”為例，現在的腦機系統只有8檔，僅能實現一個簡單的手部動作，未來通道數要逐步提高，實現更多腦機接口功能。
當然，他很清楚，這背后的技術挑戰很大——通道數增加會導致電極發熱，這是全世界都面臨的問題。“我們希望在安全性、穩定性和性能之間找到一個平衡，這需要大量的工程創新。”
腦機接口技術在臨床上應用的潛力，還包括下肢的康復、脊髓損傷的修復、語音語言的解碼等等。洪波展望，或許在不遠的將來，腦機接口技術不僅能夠幫助像蔡磊那樣的漸凍癥患者，還能治療他們的疾病。
此外，腦機接口技術的臨床探索，不僅在于醫療救治，還在于能夠為人類了解大腦打開一扇窗戶。李驍健告訴記者，腦機接口技術人體臨床試驗的推進，將帶來更多人們現在仍未知的大腦信息，促進類人智能的發展。
洪波也認同這一論調：“腦機接口有可能是人類進化歷程中重要的一步。”他說，“（老楊）這件事兒不是結束，而是一個新的開始。”
本文鏈接：中美腦機接口人體試驗“撞車”，誰的未來更光明？http://m.sq15.cn/show-11-3440-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
下一篇： 徐星院士受聘為小學校長，他打算做什么？