腦機(jī)接口：機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

發(fā)布日期：2024-05-22 閱讀次數(shù)：537 作者：高群 來源：中國食品藥品網(wǎng)

摘要：

“隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展迅猛，腦機(jī)接口（BCI）為神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療開辟了新的道路，在醫(yī)療健康領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。”在今年4月底中關(guān)村論壇中的腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展分論壇上，首都醫(yī)科大學(xué)神經(jīng)外科學(xué)院院長、中國科學(xué)院院士趙繼宗表示。

  國家藥品監(jiān)督管理局組織工程技術(shù)產(chǎn)品研究與評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國工程院院士顧曉松也指出，近二十年腦機(jī)接口技術(shù)飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)大。

  但專家們也認(rèn)為，目前腦機(jī)接口還處于臨床試驗(yàn)階段，許多技術(shù)和倫理問題尚待解決，距離產(chǎn)品上市應(yīng)用還有很長的距離。

  開啟“醫(yī)學(xué)新篇章”

  近年來，隨著研究進(jìn)展頻頻，腦機(jī)接口成為全球最熱的賽道之一。在醫(yī)療健康領(lǐng)域，有專家認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)對于一些傳統(tǒng)治療手段難以解決的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癲癇、 阿爾茲海默病、四肢癱瘓等，提供了一條新的解決路徑，有望開啟“醫(yī)學(xué)新篇章”。

  據(jù)介紹，根據(jù)腦信號采集方式，腦機(jī)接口大致可分為侵入式和非侵入式兩種形式，這兩種形式均可實(shí)現(xiàn)“從腦到機(jī)”（將信號轉(zhuǎn)換成意圖運(yùn)動指令）和“從機(jī)到腦”（將與外部環(huán)境交互的設(shè)備捕獲的感覺信息傳遞至大腦）的雙向互動。

  所謂侵入式腦機(jī)接口，就是通過開顱的方式，將電極直接與腦硬膜外、腦皮質(zhì)表面、腦細(xì)胞內(nèi)外等直接接觸，進(jìn)而完成一系列腦機(jī)交互。

  在此次分論壇上，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長趙國光教授重點(diǎn)分享了該院在侵入式腦機(jī)接口方面的案例。

  2023年10月，由清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授洪波和趙國光帶領(lǐng)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，完成無線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO（Neural Electronic Opportunity）的工程開發(fā)和臨床場景搭建，在宣武醫(yī)院實(shí)施了首例臨床試驗(yàn)。參與此次臨床試驗(yàn)的患者楊某在半年后通過NEO，使用外部輔助手套訓(xùn)練成功實(shí)現(xiàn)了不借助外力的情況下自主開蓋喝水。此前該名患者被美國脊髓損傷協(xié)會（ASIA）評分為A（最嚴(yán)重），其手部完全癱瘓，肘部稍有活動能力。趙國光表示，宣武醫(yī)院將持續(xù)開展NEO在輔助進(jìn)食、操控智能輪椅等方面的臨床研究。

  除了“從腦到機(jī)”外，“從機(jī)到腦”在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病也有明顯成果。2022年，宣武醫(yī)院與杭州一家醫(yī)療科技公司合作，將一種反應(yīng)性刺激（RNS）閉環(huán)腦機(jī)接口成功應(yīng)用到癲癇患者臨床試驗(yàn)中。在經(jīng)過一個月的治療后，受試者每月癲癇平均發(fā)作次數(shù)由730次降低至480次，發(fā)作次數(shù)在2個月的治療后降低至57次，在第4個月后的走訪了解到每個月發(fā)作次數(shù)趨近于零。自2021年以來，該研究已開展實(shí)施40余例，效果良好。

  在此次論壇上，非侵入式腦機(jī)接口的部分研究成果也得到展示。所謂非侵入式腦機(jī)接口，是通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備（如腦電帽、近紅外頭盔或磁共振頭線圈等）來測量大腦的電活動或代謝活動，以實(shí)現(xiàn)“從腦到機(jī)”或“從機(jī)到腦”的功能。

  天津大學(xué)副校長明東介紹，2023年，該校與天津市天津醫(yī)院展開合作，自主研發(fā)了一種腦機(jī)微信操作系統(tǒng)，讓一名喪失了打字功能的雙手粉碎性骨折患者通過意念就能打字發(fā)送微信消息。

  發(fā)展“道阻且艱”

  不可否認(rèn)的是，在具有無限想象空間的同時，由于其足夠“新”，腦機(jī)接口在臨床研究上也面臨著諸多挑戰(zhàn)。如大腦工作原理認(rèn)知不夠清晰、技術(shù)不夠成熟以及一些倫理障礙等。

  趙繼宗直言，盡管腦科學(xué)研究借助CT和磁共振（MRI）等先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)能夠深入觀察神經(jīng)元和大腦的結(jié)構(gòu)及物質(zhì)基礎(chǔ)，然而人類對于大腦的認(rèn)知理解仍然非常有限，進(jìn)一步研究和理解大腦工作原理是推動腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的首要關(guān)鍵。

  他認(rèn)為，需要通過更多的研究來探索腦神經(jīng)信號的生成和傳遞過程，從而更精確地解析大腦工作原理。不僅如此，研究腦原理的過程中，大腦信號的采集、處理與解碼和反饋設(shè)備也有一定的制造難度。

  相關(guān)技術(shù)也亟待突破。“植入電極如何保證長期安全和采集高精度的腦信號，降低人腦排異反應(yīng)是目前的一大技術(shù)難點(diǎn)?！壁w繼宗說。

  今年5月，馬斯克旗下神經(jīng)連接公司Neuralink宣布，受試者Noland Arbaugh，在腦機(jī)植入手術(shù)后的幾周內(nèi)，許多布局于腦皮質(zhì)內(nèi)的柔性導(dǎo)線從大腦中縮回，導(dǎo)致有效電極的數(shù)量凈減少，使腦與機(jī)的信號傳輸速率降低。不過，文章并未透露出現(xiàn)問題的電極數(shù)量。文章顯示，為了應(yīng)對這一變化，Neuralink改進(jìn)了將這些信號轉(zhuǎn)換為光標(biāo)移動的技術(shù)，并增強(qiáng)了用戶界面，以提升了受試者控制光標(biāo)的能力。

  除上述問題外，腦機(jī)接口治療疾病涉及到諸多倫理問題，尤其是植入式腦機(jī)接口的安全性。

  據(jù)了解，為防范腦機(jī)接口研究與技術(shù)應(yīng)用過程中的科技倫理風(fēng)險，2023年12月，中國國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會出臺《腦機(jī)接口研究倫理指引》。不過專家也坦言，目前人對腦的認(rèn)知不夠全面，隨著臨床研究的不斷推進(jìn)，新的倫理問題也會隨之出現(xiàn)，現(xiàn)有的文件還需適時修訂。

  接受腦機(jī)接口技術(shù)治療的患者信息安全也至關(guān)重要。趙繼宗認(rèn)為，在腦機(jī)接口應(yīng)用的過程中，如何對腦活動數(shù)據(jù)進(jìn)行有效安全的管理并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，來保護(hù)患者隱私還有待商榷。

  資源整合突破險阻

  顧曉松表示，要想進(jìn)一步推動腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，亟待構(gòu)建具有良好生態(tài)引領(lǐng)發(fā)展的未來產(chǎn)業(yè)孵化平臺。

  趙繼宗也建議，發(fā)揮“政產(chǎn)學(xué)研用”橋梁紐帶作用，為我國腦機(jī)接口、腦機(jī)交互、腦機(jī)智能領(lǐng)域規(guī)劃布局提供支撐建議，加強(qiáng)跨領(lǐng)域與行業(yè)交流，推動技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用探索。近年來，我國陸續(xù)出臺一系列文件，對腦機(jī)技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展給予鼓勵。

  2023年1月，工業(yè)和信息化部等十七個部門印發(fā)《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實(shí)施方案》，明確提及要圍繞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、損傷后腦認(rèn)知功能障礙、癱瘓助行等康復(fù)治療需求，突破腦機(jī)交互等技術(shù)，開發(fā)用于損傷康復(fù)的輔助機(jī)器人產(chǎn)品；推動腦機(jī)接口輔助康復(fù)系統(tǒng)等新技術(shù)新產(chǎn)品加速應(yīng)用。

  2024年1月，工業(yè)和信息化部等七個部門印發(fā)《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，為全面布局未來產(chǎn)業(yè)，要研發(fā)腦機(jī)交互等先進(jìn)技術(shù)的高端醫(yī)療裝備和健康用品；為打造標(biāo)志性產(chǎn)品，須突破腦機(jī)融合、類腦芯片、大腦計(jì)算神經(jīng)模型等關(guān)鍵技術(shù)和核心器件，研制一批易用安全的腦機(jī)接口產(chǎn)品；為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)支撐體系，聚焦腦機(jī)接口等重點(diǎn)領(lǐng)域，制定標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，研究基礎(chǔ)通用、關(guān)鍵技術(shù)、試驗(yàn)方法、重點(diǎn)產(chǎn)品、典型應(yīng)用以及安全倫理等標(biāo)準(zhǔn)，適時推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。

  但政策的支持和鼓勵，還需要進(jìn)一步細(xì)化和落地。趙繼宗表示，腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)研究的納排標(biāo)準(zhǔn)也需相關(guān)文件指導(dǎo)?！笆裁礃拥幕颊吣苁褂媚X機(jī)接口治療，什么樣的患者不能；納入、排除、剔除和終止的標(biāo)準(zhǔn)是什么等，也需要有相關(guān)的規(guī)范?！?/p>

  顧曉松強(qiáng)調(diào)，要充分發(fā)揮國家重大創(chuàng)新平臺、高校科研院所與企業(yè)的功能整合聯(lián)合作用。

  2023年2月，由中國信息通信研究院、清華大學(xué)、天津大學(xué)、天壇醫(yī)院等幾十家腦機(jī)接口領(lǐng)域高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)共同發(fā)起成立的腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，力求集眾家之長，在腦機(jī)接口相關(guān)研究上發(fā)揮作用。據(jù)明東介紹，該聯(lián)盟在關(guān)鍵器件平臺方面已有進(jìn)展：例如，為解決傳統(tǒng)濕電極操作繁瑣，傳統(tǒng)干電極性能較差，由天津大學(xué)發(fā)明的“新型軟梳電極”獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利授權(quán)。

  同時，為打破發(fā)達(dá)國家對于國內(nèi)高性能腦電采集芯片的封鎖，該聯(lián)盟正加大力度研發(fā)國產(chǎn)芯片。

  學(xué)界也在積極努力。2024年3月，中華醫(yī)學(xué)會神經(jīng)外科分會年會在昆明召開，會上50多名神經(jīng)外科醫(yī)生進(jìn)行了中國腦機(jī)接口臨床醫(yī)學(xué)研究的共識討論。

  趙繼宗坦言：“共識的目的是更好地、積極地投入腦機(jī)接口的研發(fā)并保護(hù)患者的安全?！保?/p>