老楊用戴有氣動手套的右手穩(wěn)穩(wěn)握住水杯，拿起，喝水，再放下水杯。這個普通人習以為常的動作，在老楊身上卻是“奇跡”——老楊因車禍四肢癱瘓且已臥床14年！
讓老楊從癱瘓到實現(xiàn)“用意念喝水”的，是腦機接口技術(shù)。
1月29日，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院趙國光教授團隊、清華大學醫(yī)學院洪波教授團隊宣布，全球首例植入式硬膜外電極腦機接口輔助治療頸髓損傷引起的四肢截癱患者行為能力取得突破性進展。案例中的患者正是老楊，他于去年10月接受腦機接口手術(shù)。
幾乎同時，美國Neuralink公司進行了腦機接口設(shè)備首例人體移植。當?shù)貢r間2月20日，該公司創(chuàng)始人馬斯克宣布最新突破：首位植入該公司腦機接口設(shè)備的患者已經(jīng)能夠通過大腦直接控制電腦鼠標。
遠隔大洋，中美兩國科學家?guī)缀跬瑫r實現(xiàn)了這一看似科幻的技術(shù)突破。在馬斯克腦機技術(shù)新聞刷屏之外，中國版的腦機接口技術(shù)有哪些特點？怎么運作？帶著這些問題，本報記者在宣武醫(yī)院采訪了趙國光教授團隊。
老楊的右手是怎么動起來的
所謂腦機接口，通常來說就是通過設(shè)備捕捉大腦內(nèi)部的電活動，再創(chuàng)建一種直接通信路徑，使信號把大腦跟計算機連起來，實現(xiàn)“意念控制計算機”。
聽起來確實科幻，我們慢慢拆解。從技術(shù)上，要讓四肢癱瘓患者老楊的右手動起來，需要分三步走。
第一步，處理器放在哪兒捕捉腦電信號？這就要為腦機接口處理器尋找落腳點。
2023年10月24日，趙國光教授團隊和清華大學醫(yī)學院洪波教授團隊，共同完成了無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO（Neural Electronic Opportunity）首例臨床植入試驗。
具體來說，就是將兩枚硬幣大小的腦機接口處理器，通過神經(jīng)外科醫(yī)生的操作，植入老楊顱骨中，成功采集感覺運動腦區(qū)顱內(nèi)神經(jīng)信號。
“這兩個處理器各有4個接觸點，總共8個接觸點，放置在支配老楊右手的大腦運動區(qū)域上。”宣武醫(yī)院院長趙國光解釋，“怎么找到這個區(qū)域呢？手術(shù)前，我們通過對大腦功能的磁共振測定——無論是老楊的右手被動活動還是他意念想挪動的時候，磁共振測定會顯示出大腦的激活區(qū)，這就讓我們找到了它。”
這很不容易。“我們不打開包裹大腦的硬膜，還要準確地把每個接觸點精準地放到感覺和運動區(qū)域，這需要手術(shù)有極為精準的導航性。因為你看不到大腦的皮膚，即便看到大腦的溝回，也很難識別。”趙國光說。
他打了一個比方：“這就好比我們走進足球場，有三四萬觀眾同時喊加油，而我們要探測到南看臺第80排的某兩個人在說什么話。況且大腦細胞何止成千上萬，難度可想而知。”
第二步，區(qū)域確定了，怎么把裝置埋進腦內(nèi)？這就要選擇適宜技術(shù)落腳。
找到激活區(qū)還不夠，如何植入腦機接口處理器？與Neuralink的“心靈感應(yīng)”技術(shù)不同，中國團隊在無線微創(chuàng)方面實現(xiàn)了兩大突破——
一方面，通過植入腦機接口NEO，將內(nèi)機埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬膜外，保證顱內(nèi)信號質(zhì)量的同時，不破壞神經(jīng)組織；另一方面，它采用近場無線供電和傳輸信號，植入顱骨的體內(nèi)機無需電池。
“我們在設(shè)計上力求規(guī)避并發(fā)癥。如果腦積液漏了，這個裝置就會長期被浸泡，感染幾率非常大，所以我們沒有突破硬膜，而是在硬膜外‘施工’。也就是說，裝置底下是一個包裹著重要腦組織的水囊，我們沒有把水囊捅破，而是在腦膜表面采集腦信號，這就不會損傷腦組織。”趙國光說。
“在我們的系統(tǒng)中，給‘腦機’充電、信號采集都是無線的，所謂‘里應(yīng)外合’。這樣患者能夠更快適應(yīng)這種裝置，既滿足了記錄的采樣率，又保證能量的長期供給。”趙國光說。
第三步，埋好了處理器，能捕捉信號了，接下來的問題就是如何將腦信號“解碼”成計算機語言。
成功接受手術(shù)10天后，老楊出院回家。居家使用時，體外機要隔著頭皮，給體內(nèi)機供電、接收腦內(nèi)神經(jīng)信號，再傳送到電腦或手機上，最終實現(xiàn)腦機接口通信。
“我們遇到了無數(shù)毫秒級的電信號，就跟天書一樣，不分析都不知道它代表什么。所以，解碼非常重要。”趙國光說，“解成什么碼？解成計算機能夠聽懂的碼，就是0和1。解碼后，就可以轉(zhuǎn)換成各種生活場景，比如控制抓取物體的氣動手套、控制電動輪椅、開關(guān)電視機，這些動作都可以通過意念掌控。”
經(jīng)過3個月居家康復(fù)訓練，老楊已能夠通過腦電活動驅(qū)動氣動手套，實現(xiàn)自主喝水等腦控功能，且抓握準確率超過90%——這就是本文開頭的那一幕。而患者脊髓損傷功能性評分（ASIA）和感覺誘發(fā)電位測量等指標，也都有所改善。
腦機接口將造福更多患者
“我們特別感謝老楊，他第一個吃螃蟹，反映出旺盛的生命力和恢復(fù)健康的強烈愿望。”趙國光說，“通過腦機接口技術(shù)，老楊能在3個月內(nèi)有顯著改善，無論對患者、患者家庭還是對醫(yī)護人員、工程技術(shù)人員和設(shè)備廠家來說都令人振奮，激勵我們更積極地去探索更多未知領(lǐng)域。”
未來腦機接口技術(shù)的應(yīng)用場景非常廣泛。通過記錄和解讀大腦信號，實現(xiàn)大腦和計算機之間的直接通信，不僅可以幫助漸凍癥、脊髓損傷、癲癇等腦疾病患者康復(fù)，而且有望實現(xiàn)腦機融合智能、拓展人腦信息處理的能力，具有廣泛應(yīng)用前景。
以癲癇治療為例，趙國光團隊接待過一位15歲的女孩。她癲癇纏身12年，發(fā)作時右手劇烈抽搐，伴有整條腿痙攣，一個月發(fā)作高達700多次。趙國光介紹，通過把相應(yīng)的裝置和電極放入患者腦部，術(shù)后第一個月，癲癇發(fā)作減少到480次，第二個月驟減至57次，第五個月時停止發(fā)作。
等到這個女孩來復(fù)查時，由于疾病消除，整個人的狀態(tài)好轉(zhuǎn)了，醫(yī)護人員差點沒認出來。“能幫助患者解除痛苦，回歸正常生活，這是我們當醫(yī)生的最大幸福。”趙國光說。
事實上，腦機接口概念提出至今已有50年。近年來，相關(guān)研究成為各國競相研發(fā)追逐的熱門賽道。趙國光表示，在這條賽道上，中國目前處于第一集團，發(fā)展非常快，“我們期待著0到1的原創(chuàng)，也需要1到100的飛躍；通過1到100、100到1000的數(shù)據(jù)分析，又能促進原創(chuàng)科技的發(fā)展。每一個賽道、每一個階段，我們都要持續(xù)發(fā)力。”
在趙國光看來，正常人的活動，好比是大腦功能區(qū)在獨唱，功能受損后，獨唱的聲音消失了。“腦機接口的出現(xiàn)，就是希望周邊的人合唱起來，代替獨唱，把樂章再繼續(xù)演奏下去。”
為了完成好這個健康大合唱，中國技術(shù)團隊將繼續(xù)探索下去。
