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文/邱玥

近年來，隨著劉慈欣的《三體》火爆全球，科幻文學一時成為顯學，受到社會的熱烈追捧。2001 年，美國《麻省理工科技評論》首次把腦機接口領域評為“將會改變世界的 10 大新興技術之一”，我國在相關研究領域也是人才輩出，微靈醫(yī)療創(chuàng)始人兼 CTO 李驍健教授就是其中一位佼佼者，正率領著深圳微靈醫(yī)療公司團隊，在腦機接口研究領域奮勇爭先，已經(jīng)取得了非凡的科研轉(zhuǎn)化成果。

厚積薄發(fā)，充分準備結(jié)碩果

微靈醫(yī)療成立于 2019 年 4 月，是一家瞄準醫(yī)療級全棧植入式無線腦機接口技術研發(fā)的初創(chuàng)公司。創(chuàng)始團隊在腦機接口全產(chǎn)業(yè)技術鏈條上有近20 年研發(fā)經(jīng)驗，當前正在國內(nèi)推進技術和設備的本土化。微靈醫(yī)療總部位于深圳，在美國馬里蘭設有北美分部，計劃在中美同步推進植入式腦機接口設備的研發(fā)和臨床申報工作。

“微即微傳感技術以及微型大規(guī)模集成電路技術，靈是指腦智能，我們希望通過微小且兼具高性能的植入裝置作為腦機接口解決方案，通過同時提升工程硬軟件和腦的認識兩個層面，實現(xiàn)腦機接口的下一個飛躍?！崩铗斀≌f。

除了是微靈醫(yī)療的創(chuàng)始人之外，李驍健還是深港腦科學創(chuàng)新研究院正高級工程師、博士生導師。他在中科院生物物理所獲得博士學位，主要從事腦信息的采集、提取和分析工作。李驍健課題組的重點研究方向是高性能腦機接口，當前正在基于非人靈長類動物探索植入式腦機接口的應用方向，并開發(fā)“下一代”腦機接口技術。

“在此背景下，我們前期一直處于腦機接口技術準備階段，包括依托先進院完善工業(yè)研發(fā)平臺推進腦機接口關鍵技術的國產(chǎn)化和本土化。其間，已經(jīng)打好這些技術基礎，并貫通了植入式腦機接口全棧技術鏈條，充分做好了準備工作。”李驍健回憶道。

李驍健

目前，微靈醫(yī)療腦機接口全棧的基礎硬件和軟件基本已經(jīng)完成，其中硬件系統(tǒng)中關鍵的核心部件包括高通道柔性神經(jīng)傳感器、效應器、神經(jīng)電子專用芯片、信號采集器，軟件系統(tǒng)包括預處理算法和解碼分析算法以及類腦控制算法等。技術取得進展的同時，一些知識產(chǎn)權也已通過轉(zhuǎn)讓等方式轉(zhuǎn)移到公司落地。

另一方面，研究團隊在臨床前試驗上也開展了大量的準備工作，包括對非人靈長類動物植入腦機接口進行了功能測試。李驍健指出，預計微靈醫(yī)療今年內(nèi)會開始根據(jù)部件逐步分批啟動醫(yī)療腦機接口科研臨床試驗。

“現(xiàn)階段的腦機接口研究，就很像在‘修橋’，修一座從大腦到四肢的橋，修一座可以讓病人的意志重新‘連接’行動的橋?！?/p>

目前，腦機接口主要采集并解碼腦皮層的神經(jīng)信號。腦皮層是多種腦信息進行信息交互的表面區(qū)域，通過采集腦皮層信息可以幫助運動失能患者恢復或者重建運動功能。包括語音、聽覺、視覺等能力的重建也可以同樣實現(xiàn) 。

李驍健解釋道，從應用層面來看，基于腦皮層信號腦機接口大概可以從兩個方面重建運動失能，一是功能替代，二是功能恢復。微靈醫(yī)療當前重點布局的適應癥是包括中風、脊髓損傷、漸凍癥在內(nèi)的運動失能。其中，中風屬于功能恢復，脊髓損傷、漸凍癥屬于功能替代。

植入式腦機接口技術最大的特點是同時能夠面向很廣泛的失能病癥，對這些疾病都能夠提供良好的治療。進一步講，這一技術是具有普適性的腦相關疾病治療方法，針對不同的腦疾病，并沒有本質(zhì)上的技術差異。通常硬件差異不大，軟件可能會基于疾病特點做一些調(diào)整。

微靈醫(yī)療已經(jīng)根據(jù)技術成熟度與醫(yī)療器械產(chǎn)品審批流程制定了未來 3-10 年的發(fā)展規(guī)劃。未來 3 年內(nèi)，計劃把基于 MEMS 工藝的高密度超柔順神經(jīng)電極陣列及配套系統(tǒng)推向臨床，為醫(yī)生提供更好的工具；未來 5 年內(nèi)，推進全植入腦機接口系統(tǒng)用于運動失能患者的臨床試驗；未來 8-10 年，通過進一步探索將植入式腦機接口的治療平臺拓展到精神疾病的診療中，用于治療嚴重的精神疾病。

交叉創(chuàng)新，大放異彩終有時

腦機接口是一個高度交叉的科技行業(yè)，也被視為下一個生命科學和信息技術交叉融合的主戰(zhàn)場。這是一個系統(tǒng)性工程，包括多種硬件和軟件，涵蓋微電子、神經(jīng)科學、材料科學、機器人、臨床醫(yī)學等多個學科。腦機接口屬于高水平學科大交叉的結(jié)果，只有在學科高度交叉研究的基礎之上方能實現(xiàn)發(fā)展突破。

多學科交叉研究基礎之上，腦機接口本身就是一個比較龐大的技術家族，因此開發(fā)腦機接口技術的核心是全棧技術鏈條，每個部件、每一環(huán)都是開發(fā)過程中的核心環(huán)節(jié)。其中包括信號-神經(jīng)界面技術、數(shù)據(jù)-信號采集和預處理、信息-神經(jīng)解碼和交互-類腦智能運動控制等等。這就像一根鏈條，有任何一環(huán)出現(xiàn)卡扣，都會影響到整個系統(tǒng)的運行。

現(xiàn)階段，腦機接口技術整體可以分為植入式和非植入式兩大類，這兩種方式主要是在解決方案和應用場景上存在差異，基本原理和實現(xiàn)路線基本一致。整體來看，非植入式比植入式腦機接口出現(xiàn)更早，目前在對交互性能要求不高的領域商業(yè)化落地較容易。

最近 20 年以來，高性能的植入式腦機接口技術迅速發(fā)展起來。在美國，臨床級腦機接口技術路徑和功能已經(jīng)初步得到了驗證，近年來更多的植入式腦機接口功能驗證成果也相繼發(fā)布。這些工作為植入式腦機接口的進一步開發(fā)和應用提供了參考和借鑒經(jīng)驗。

比方說，近期，Elon Musk 的腦機接口公司Neuralink獲得FDA批準，準備進行首例病人的臨床試驗；美國的Precision Neurscience，其腦機接口的柔性高密度神經(jīng)電極陣列已經(jīng)完成了至少3 例病人的臨床測試；匹茲堡大學研究團隊首次將脊髓刺激用于治療人類上半身癱瘓，在 Nature Medicine 上的論文中指出通過電刺激脊髓神經(jīng)元，幫助兩名中風偏癱患者部分恢復手臂活動；此前，洛桑聯(lián)邦理工團隊利用脊髓刺激腦機接口裝置幫助癱瘓患者恢復下肢運動能力，當時完全癱瘓患者可通過個性化刺激裝置在 1 天內(nèi)恢復行動能力......

“近年來，植入式腦機接口取得了很多重要的里程碑式進展，也得到了較充分的驗證。我覺得，目前整個腦機接口領域就像是7 點來鐘的太陽，開始進入到大放異彩的加速發(fā)展階段。從腦控機械臂、語音重建、恢復上下肢控制到治療重度抑郁等精神疾病，腦機接口已不再是科幻故事，而是已經(jīng)有了很多落地場景，且正在進入臨床加速轉(zhuǎn)化階段，該技術有望為治療多種腦相關疾病提供更優(yōu)的解決方案?！崩铗斀≈赋觯X機接口技術的發(fā)展其實主要限制在兩個夾層中，天花板在于腦科學研究，即對腦的深刻理解程度以及對腦不同區(qū)域功能的認識水平，微傳感器、集成電路和人工智能等工程手段是重要支撐條件。隨著對腦的進一步深刻認識以及微智能系統(tǒng)的加速發(fā)展，腦機接口技術將會進一步拓展功能應用和場景落地。

腦極其復雜，只有在腦科學理論研究上取得進展和突破，加深對大腦的理解，腦機接口技術才能進一步實現(xiàn)應用的飛躍。展望未來，李驍健相信，通過他和公司團隊的不懈努力，將來在腦機接口領域一定可以占據(jù)一席之地，為我國相關領域的發(fā)展增光添彩。