腦機接口的新突破

楊琳

談及腦機接口，外界的第一印象，可能是馬斯克讓猴子實現(xiàn)“意念打字”的場景。不過，最近讓外界驚艷的，是來自中國的團隊。

5月4日，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京獲得成功，該試驗在猴腦內(nèi)實現(xiàn)了介入式腦機接口腦控機械臂，這對推動腦科學領域研究具有重要意義，標志著我國腦機接口技術躋身國際領先行列。

此次試驗由南開大學段峰教授團隊牽頭，與中國人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）、上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合完成，突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術。從視頻資料來看，這只手術后的猴子，只需要“想一想”，就能讓機械臂把食物送進口中了。

這項技術在醫(yī)療、軍事等多個領域的應用空間非常廣泛，如可幫助腦卒中、漸凍癥等患者康復，甚至未來能將人類的思考、意識、記憶存儲下來。這一系列聽起來非常神奇的成果，已經(jīng)開始實現(xiàn)。一些科幻大片里的場景，也許距離我們沒有那么遙遠。

腦機接口指在人或動物大腦與外部設備之間創(chuàng)建的直接連接，實現(xiàn)腦與設備的信息交換。目前腦機接口主要有3種，包括侵入式腦機接口、非侵入式腦機接口和介入式腦機接口。由“硅谷鋼鐵俠”馬斯克及科學家團隊創(chuàng)立的Neuralink，就是少數(shù)從事侵入式腦機接口研發(fā)的企業(yè)代表。

不過，侵入式腦機接口創(chuàng)傷大，例如Neuralink公司侵入式腦機接口試驗猴已有多只死亡，該公司的人體試驗也遲遲未獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局的許可。非侵入式腦機接口易受大腦容積導體效應的影響，腦電信號長期穩(wěn)定性差。而介入式腦機接口是通過微創(chuàng)介入方式，將血管穿刺小口，通過類似心臟支架介入的微創(chuàng)手術實現(xiàn)腦機連接。這種方式的創(chuàng)傷較侵入式腦機接口更小。

此次段峰教授團隊牽頭研發(fā)的介入式腦機接口試驗，是通過介入手術將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無需開顱手術即可采集到顱內(nèi)腦電信號，兼顧了安全性、識別穩(wěn)定性。

段峰長期從事腦科學、機器人技術等方面的研究。實際上，上述3種腦機接口方式，他都嘗試過。

早在2014年夏天，段峰研究團隊在南開大學就完成了“腦控汽車”的試驗。試驗人員頭戴裝有16個采集點的腦電信號采集設備，通過腦電信號對一輛裝有計算機處理系統(tǒng)、車載電控單元等裝置的汽車進行“發(fā)號施令”，汽車在人腦的操控下能夠準確執(zhí)行啟動、直線前進、直線倒車、剎車、車門上鎖或解鎖等規(guī)定指令。據(jù)介紹，該成果在國內(nèi)首次實現(xiàn)人腦驅(qū)車及腦電信號與汽車系統(tǒng)的“聯(lián)結”，這有望徹底改變“手”“腳”并用的駕車模式，讓肢體殘障人士的“驅(qū)車夢想”不再遙遠。

段峰團隊還在大鼠身上做了侵入式腦機接口的試驗，可以實現(xiàn)“人想往左，大鼠往左；人想往右，大鼠往右”。在這之后，團隊對侵入式腦機接口的情況也非常了解了。

“這種試驗實時性、信號穩(wěn)定性、準確性都很好，因為是在腦內(nèi)，沒有外界干擾，但它的傷害性很大，老鼠做完試驗以后，還有其他后期的一些影響，我就沒有在這條路上再往下走了?！倍畏鍖Α吨袊?jīng)濟周刊》記者說，“我就在想，怎么能找到一個識別腦電交流信號準確、傷害性又小的方式，那就只有在血管內(nèi)。用這種方式，能測到腦電信號，又沒有做開顱手術，沒有傷害腦?！?/p>

在羊身上完成了介入式腦機接口動物試驗后，團隊才開始在非人靈長類動物身上試驗。

不過，若要將技術應用到臨床，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可能還需要走較長的一段路。這涉及政策支持、資金支持、人員匹配、法律法規(guī)建設等一系列配套建設。

“在臨床上，我們沒有先例，并且還有未來人體試驗、志愿者審批等一系列問題。這不單單涉及技術，是一個綜合體?！倍畏逭f道。

段峰教授 （右四） 團隊

猴子只用“想一想”，就能吃到食物。

目前，國內(nèi)外都在圍繞腦機接口技術進行爭奪。全球已有多家企業(yè)完成腦機接口動物試驗，其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等。我國也有多項成果，如2006年，清華研制成功腦機接口系統(tǒng)可用“思維”踢足球；2014年，我國首次成功在腦中植入電極用意念控制機械手臂；2021年，天津大學神經(jīng)工程團隊的“Enhance decoding of pre-movement EEG patterns for brain-computer interfaces”研究論文，被英國物理學會出版社授予“CHINA TOP cited paper award 2021”，該獎項旨在表彰研究人員發(fā)表的最具影響力的論文。

在未來，我們有可能實現(xiàn)“人腦中植入芯片”嗎？

段峰認為，這個設想不是卡在技術上，而是面臨資金、政策、法律法規(guī)、倫理等方面的約束。“這種試驗非常燒錢，可能數(shù)億元都不夠。還需要人才的適配，這不是看你畢業(yè)于985、211、發(fā)多少SCI論文，而是需要具有工程經(jīng)驗的復合型人才?！?/p>

“在人腦中植入醫(yī)療器械現(xiàn)在已經(jīng)不是禁區(qū)，當下已經(jīng)有了很多成熟的產(chǎn)品，只是在于植的東西是芯片還是其他？”上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司相關負責人張涵告訴《中國經(jīng)濟周刊》記者。

他也認為，從技術角度來說，在人腦中植入醫(yī)療器械是可能實現(xiàn)的，但核心的是要考慮倫理、安全性、使用目的等方面的問題。

心瑋醫(yī)療醫(yī)療器械上市公司為本次試驗提供了設備技術支持。在張涵看來，若要促進腦機接口技術的進一步發(fā)展，各方合作非常重要?！斑@次試驗涉及采集信號的儀器、解碼信號的儀器、算法等，也涉及醫(yī)學、生物、計算機、生物化學等多個學科。合作是非常重要的，需要大家共同把交叉學科做起來?；A研究對我們產(chǎn)業(yè)方來說是非常重要的支持，如果沒有這些東西的話，產(chǎn)業(yè)方能做的事情就很受局限?！?/p>

他也直言，目前從產(chǎn)業(yè)端來說，國內(nèi)外可能還談不到成熟的盈利模式和業(yè)務模式，因為大家都在探索階段。

“除了腦機接口，我們也有很多其他項目，這些項目不是每一個都能孵化出成熟的、具有很強商業(yè)化和盈利能力的產(chǎn)品，但哪怕10%、20%的項目能夠孵化出來，這對于支撐公司長期盈利和發(fā)展的意義都巨大?！睆埡f，“我們選擇腦機接口，因為它跟我們有很多契合點。其器械使用跟我們現(xiàn)有的神經(jīng)介入產(chǎn)品高度相關，我們的機器人研發(fā)團隊，也可以在技術上做一些支持，在這項試驗上，參與試驗的所有人的目標方向是一致的。”

實際上，段峰不僅在腦機接口技術領域見長，在人工冬眠、記憶移植、飛行器制造等方面均有研究成果。

2022年8月，由段峰團隊自主設計研發(fā)、國內(nèi)首款垂直起降噴氣動力飛行器在天津試飛成功。據(jù)他介紹，傳統(tǒng)小型旋翼飛行器載重小，而載重大的直升機起降需要開闊地形。此次試飛的垂直起降噴氣動力飛行器，可以解決這兩大難題，未來有望應用于空中人員運送領域，比如復雜地理環(huán)境救援、城市急救等。

段峰團隊還成功實現(xiàn)了讓大鼠體溫降24℃進入冬眠狀態(tài)，并且持續(xù)24小時，時間是國外小鼠試驗的3倍。對于未來人體“冬眠”的需求體現(xiàn)在哪里，他提到了航天事業(yè)的應用場景。

最早，歐洲航天局（ESA）曾提出一個從地球一路“睡到”火星的載人探測概念——宇航員冬眠。一般情況下，從地球到火星需要飛行180天左右，宇航員通過服用一種特殊藥物進入“麻木”的冬眠狀態(tài)，隨之艙室的亮度變暗、溫度大幅度降低以將宇航員身體“冷卻”。

這不由讓人們想到電影場景：宇航員躺在冬眠艙中，心臟每分鐘只跳動3次，體溫徘徊在2.78℃，他們在途中只需要攝入最低限度的資源，最后在適當?shù)臅r候醒來……

“還有很多東西需要一點點做，然后把所有東西串起來，就像下圍棋一樣，最終形成一個體系?！碧岬阶约旱谋姸嘌芯砍晒畏逭f道。

他特別提到兩點，科學研究國際化、科研成果產(chǎn)業(yè)化。

“我們在努力獲取一手信息：國際在做什么，我們跟他們有什么不一樣，怎么適應中國，怎么差異化發(fā)展；產(chǎn)業(yè)化方面，我們通過引進消化前沿技術，建立適合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術，比如實現(xiàn)高端醫(yī)療器械的國產(chǎn)化替代，把價格降下來，普惠更多人群?！倍畏逭f道。

他還表示，在這個過程中，因為使用相關產(chǎn)品或技術的用戶多了，第一手的臨床數(shù)據(jù)才更充分，然后再根據(jù)企業(yè)發(fā)展面臨的需求，研發(fā)新產(chǎn)品，促進科研提升?！斑@是一個雙向循環(huán)，有技術鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，兩者結合，是雙鏈條體系。在這個前提下，會源源不斷有新鮮的、顛覆性的東西出來，并且可以落地?！?/p>

段峰認為，他可能更像一個“投資人”?！暗彝兜牟皇清X，是培養(yǎng)學生，把機會給他們，讓他們從事高精尖的技術研發(fā)，培養(yǎng)一批‘產(chǎn)業(yè)人’，把技術落地，變成產(chǎn)品?！?/p>

責編：郭霽瑤? guojiyao@ceweekly.cn

美編：孫珍蘭