在浙大二院神經(jīng)外科研究病房內(nèi)，張大伯聚精會神，用“意念”操控著機械臂，手握馬克筆在白板上寫下“浙江大學腦機接口”八個字。這不是科幻電影中的場景。

參與“意念寫字”的志愿者張大伯今年 76 歲，是車禍后高位截癱患者。其于 2020 年參與浙江大學腦機接口研究項目，成為我國首例侵入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化研究的志愿者。目前，張大伯可通過意念完成喝水、進食、握手等手部大關節(jié)動作，填補了國內(nèi)空白。


腦機接口研究新突破

腦機接口是指在大腦與外部設備之間創(chuàng)建的連接通路，通過記錄和解讀大腦信號，實現(xiàn)腦與設備的信息交換。

浙江大學腦機調(diào)控臨床轉(zhuǎn)化研究中心神經(jīng)疾病分中心主任、浙大二院神經(jīng)外科張建民教授介紹，志愿者只需想象正常的書寫過程，這個書寫過程可以被腦部運動區(qū)的神經(jīng)元活動反映出來，科研人員通過對運動區(qū)神經(jīng)信號的解析，可以獲得他所想象的書寫軌跡，并控制機械臂進行書寫。

據(jù)了解，人類大腦皮層共有6層，電極片比成人指甲蓋都要小，植入的位置要不深不淺，才可以準確傳達出大腦皮層的信號，同時又不傷害大腦神經(jīng)元。4個月的康復訓練后，張大伯實現(xiàn)了用意念控制機械臂進食。而后，張大伯用意念控制機械臂，可以握手、打麻將。

此次張大伯用意念操控機械臂書寫漢字，研究團隊認為，這是腦機接口成果在臨床應用的一個突破。

浙大二院神經(jīng)外科副主任朱君明介紹，傳統(tǒng)腦機接口中對于機械臂伸抓的控制原理是大關節(jié)運動的解析，而漢字書寫是一種精細運動，漢字結(jié)構(gòu)復雜、筆畫多、字數(shù)多，所以研究團隊根據(jù)寫字的不同局部結(jié)構(gòu)與運動狀態(tài)，構(gòu)建了動態(tài)的解碼模型，100個常用漢字的正確率達到了91.3%。未來，隨著科研人員對于腦機接口相關研究的深入，因外傷、中風、漸凍癥等原因，失去語言能力或書寫能力的患者，將有望由此獲益。


腦機接口產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

腦機接口相關的研發(fā)已經(jīng)在仿生學、醫(yī)療診斷與干預、消費電子等多個領域展開，從產(chǎn)品開發(fā)情況來看，目前我國代表性腦機接口企業(yè)強腦科技、腦陸科技、柔靈科技等已經(jīng)推出了一系列消費級腦機接口產(chǎn)品，應用范圍涵蓋兒童教育、娛樂、醫(yī)療、健康等多個領域。

侵入式或半侵入式腦機接口需要在腦部進行芯片等硬件植入，會破壞腦部的天然物理防護系統(tǒng)，引起人腦的手術(shù)創(chuàng)傷、出血、感染等問題;若相關軟硬件設施被非法使用，還可能引發(fā)腦部混亂，嚴重情況下可能導致腦部受損，危及生命安全。另外，侵入式腦機接口與非侵入式相比，具有更高的技術(shù)和資金門檻，因此，目前非侵入式腦機接口仍然是市場上的主流技術(shù)路線。

根據(jù)烯牛數(shù)據(jù)，目前我國腦機接口行業(yè)獲得融資的企業(yè)中，僅腦虎科技、寧矩科技和博睿康科技等少數(shù)幾家企業(yè)布局了侵入式腦機接口行業(yè)，其他企業(yè)均專注于研究非侵入式腦機接口產(chǎn)品。

近年來，我國腦機接口行業(yè)雖然出現(xiàn)了大量的初創(chuàng)企業(yè)，專利申請量、融資事件數(shù)量及金額都有了大幅增長，但是從應用層面來看，腦機接口產(chǎn)品距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍有一定的距離。為促進腦機接口技術(shù)進步、實現(xiàn)腦機接口的產(chǎn)業(yè)化，國家一方面提出要加強腦科學等基礎研究，推進腦科學科普工作，另一方面鼓勵腦機接口企業(yè)加快產(chǎn)品在醫(yī)療、康復、虛擬現(xiàn)實、教育等典型領域的應用。

腦機接口未來市場發(fā)展?jié)摿薮螅瑩?jù)麥肯錫的研究報告顯示，2030-2040年腦機接口全球每年的市場規(guī)模可能在700億美元到2000億美元(約合人民幣5100億—14000億元)之間。


通過臨床應用造福患者

張建民表示，此次對漢字的成功解碼是非常重要的一環(huán)，也是腦機接口研究的一個非常關鍵的突破。

目前，腦機接口在難治性癲癇的治療已經(jīng)取得突破性成果。據(jù)浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師朱君明介紹，癲癇是一個發(fā)作性的疾病，不發(fā)作和正常人幾乎沒有區(qū)別。一旦發(fā)作，患者腦內(nèi)就會有特征性的放電，機器通過24小時監(jiān)測這種特征性的放電，一旦有放電存在，會及時給出反應性刺激，從而將癲癇消滅在萌芽之中，達到治療目的。

浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師張建民告訴記者，傳統(tǒng)抑郁癥是用藥物治療，但是30%左右的藥物治療效果并不是很理想。幾年前，浙江大學胡海嵐團隊發(fā)現(xiàn)大腦中的外側(cè)韁核在抑郁癥的發(fā)展中是一個非常重要的靶點。因此，他們做了一個案例，通過對外側(cè)韁核神經(jīng)調(diào)控刺激來改善患者的癥狀。經(jīng)過兩年多的隨訪和觀察，證實此類腦深部電刺激手術(shù)對該患者有非常好的治療效果。

腦機接口技術(shù)的進步能夠為多種疑難復雜的神經(jīng)疾病提供新的手段和治療方法。隨著中國腦計劃的推進，人們對大腦疾病的病理機制逐漸深入了解，未來，腦機接口將加入臨床的監(jiān)測、診斷和評估的治療流程中，實現(xiàn)神經(jīng)精神疾病的精準治療。