上海首例脑机接口产品临床试验植入手术

    将极小电极植入人类大脑，利用电流让电脑和脑细胞互动，实现“人脑与机器交互”。瘫痪患者戴上气囊手套，竟然能拿水瓶喝水了。

    就在上个月，上海首例脑机接口产品临床试验植入手术引发广泛关注，这也是我国第三例脑机接口植入手术。12月6日，主刀医生、复旦大学附属华山医院院长毛颖首度公开患者术后康复情况，“可以用震撼两个字来形容，患者恢复过程非常顺利，改善十分明显”。

    这意味着，上海三大先导产业之一的生物医药产业发展中重要的一块拼图——脑机接口，已跨出坚实一步。

    “有时甚至感受不到接口”

    38岁的小董四年前遭遇不幸：由于车祸导致颈椎脊髓受损，难以站立，手部也无法抓握。今年11月6日，他的人生因为科技得以扭转。在华山医院虹桥院区，一台意义重大的脑机接口手术历时1小时40分钟顺利完成。术后小董持续随访康复，一个月后惊喜出现：他得以在气囊手套辅助下，顺利举起瓶子，甚至自己还拿着瓶子喝了一口水，动作流畅。

    植入小董大脑里的产品，源于上海某公司与清华大学生物医学工程学院洪波团队合作开发的NEO脑机接口产品。这是该产品在全国完成的第三例、在上海完成的首例临床试验植入手术。

    上海华山医院的手术用时较前两例手术大大缩短，这与临床全新技术嵌入密不可分。12月4日，华山医院院长毛颖接受采访时告诉记者，“对脑机接口的未来，我们信心十足，首例脑机接口手术比想象中顺利。”

    “我们只用了3.3分钟就快速精准地定位了手部运动/感觉脑区，缩短了手术时间。”毛颖解释，“我们应用自主研发的新型定位技术。这使得手术定位更加精准便捷、手术精准匹配度更贴切，速度与准确率均大幅提高。”

    术后一周，小董顺利回家。清华大学生物医学工程学院洪波团队派出两名工程师，在此后一周内为脑机接口优化调整算法，“每个人的脑部算法各有不同，这一周非常关键，我们采集数据，匹配出最适合患者的算法”。

    小董的康复意愿非常强烈，第三周开始接受脑机接口控制，第四周就完全掌握拿水瓶、拿苹果等测试，准确率达80%至90%。康复中的“九宫格”游戏训练，小董完成得也比此前手术的患者更好。“有时我甚至都感觉不到脑机接口的存在。”小董告诉工程师。

    从瘫痪到可以举起水瓶子，NEO脑机接口是如何在小董脑内工作的？

    12月7日，清华大学生物医学工程学院教授洪波向记者解释：NEO系统采用无线微创技术，体内机埋在颅骨内，电极覆盖在硬膜外（硬膜位于颅骨和大脑皮层之间，起到保护神经组织作用），不损伤大脑细胞。居家使用时，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，借助解码算法实现脑机接口通信。

    洪波补充说，通过长期动物试验已验证，NEO脑机接口不会破坏神经组织，信号稳定，由于采用近场无线供电和通信技术，患者体内也无需装电池，“脑机接口的植入就像买了一台全自动洗衣机，经过工程师指导后，患者和家属完全可以居家自己操作”。

    工程师进行一周调试后，小董超预期完成第一阶段任务。一般来说，第一阶段康复需要花费1.5个月至2个月，而他只用了1个月。在洪波看来，这与华山医院毛颖团队精湛的手术技巧密不可分，再配合小董强烈的自主意愿，效果十分明显。

    上海首台脑机接口手术成功，证明脑机接口在临床上选择合适的病人，应用前景广阔。

    实现“一次植入终生可用”

    2016年，马斯克创立研究脑机接口技术的神经连接公司Neuralink，让脑机接口领域备受关注。今年3月，Neuralink发布消息：首位植入“心灵感应”脑机接口产品的瘫痪病人诺兰德·阿博已能通过脑电信号直接控制鼠标，用意念在电脑上下国际象棋、玩电子游戏，并在社交平台X上发帖子。上个月，Neuralink宣布，他们已获准开展脑机接口技术控制机械臂的试验，“这不仅是恢复数字自由重要的第一步，也是恢复身体自由重要的第一步”。在马斯克看来，脑机接口设备今后可治疗记忆力衰退、颈脊髓损伤及其他神经系统疾病，帮助瘫痪人群恢复与外界沟通的能力，甚至重新行走。

    脑机接口作为当下生物医药产业最热门的词汇，该怎样理解？

    科学家解释，脑机接口是一种在大脑与外部设备之间创建信息通道，实现直接信息交互的新兴技术。它通过记录装置采集颅内或脑外的大脑神经活动，并通过人工智能模型等算法对神经活动进行解码，解析出神经活动中蕴含的主观意图，再输出相应指令，操控外部装置实现与人的主观意图一致的行为，并接收来自外部设备的反馈信号。

    “人的大脑能指挥四肢，完成各种感知运动，但如果出现偏瘫，或者像霍金那样患有渐冻症，那么大脑和四肢的通信就发生了障碍。”洪波说，脑机接口就是在大脑和四肢感知运动之间建立一座新桥梁，让这些患者能重新动起来。这个前沿科技领域涉及微电子、人工智能、医学、材料学等多个学科的交叉创新。

    就目前来看，脑机接口“技术路线”分为几种：侵入式、非侵入式以及半侵入式。

    马斯克Neuralink公司的技术路线是侵入式脑机接口，即通过神经外科手术，将电极等信号记录装置植入硬脑膜（一层附着于颅骨内面的结缔组织膜）下的大脑皮层，进行高通量的神经信号采集。

    侵入式脑机接口的优势是电极与大脑的神经元近距离接触，能进行高通量、高质量的神经信号采集；但其风险比另两种技术路线高，存在神经外科手术、植入物放置所引发的长短期安全风险。

    非侵入式脑机接口技术风险很低，但功能有限。其产品形态通常是穿戴式设备，将采集脑电信号的电极附着在头皮上，提取神经元活动混合并经过颅骨衰减后的信号，精度较低。

    洪波团队采用的是第三种技术路线——“半侵入式”微创技术。即通过微创手术，将硬币大小的电极植入颅骨下、硬脑膜外的部位，这里距大脑神经元很近，但不直接接触神经元细胞，采集到的信号强度和分辨率较高，且不存在损伤神经细胞、引发免疫反应的风险。专家解释，由于使用无线供电和通信系统，NEO的电池不需要植入大脑，在避免感染风险的同时，实现“一次植入，终生可用”。

    明年开展较大规模临床

    目前脑机接口手术康复只做了患者手和肢体运动，今后临床还将与产业结合，在语言解码、语言重建、意识理解、意识恢复等多个脑功能解析打开局面。临床的目标与产业的目标高度契合。

    洪波还透露，预计明年将开展较大规模的临床试验，计划在全国约10个临床中心完成30至50例脑机接口植入手术，争取让这款医疗器械早日获批上市。如今，企业还在开发第二代产品，更高密度、更高通量的电极，以便覆盖更广泛的脑功能区，解码精细运动和语言等。今后，相关系统产品不仅能帮助患者完成基础动作，比如吃饭、喝水，甚至能帮助他们进行写字、弹琴等精细的运动控制。

    （《解放日报》12.10 顾泳 俞陶然）