裝上“快樂開關(guān)”

毛振華　宋瑞

2024 年4 月18 日，劉爽（右二）與神經(jīng)工程團隊測試“神工- 神心”抑郁評估腦機交互系統(tǒng)

在手機上調(diào)整好模式和參數(shù)后，一鍵便可“屏蔽”負面情緒，讓抑郁癥患者重新“掌控”身體；頭戴電極帽，聽一系列聲音，機器便可分析出受試者的抑郁癥狀態(tài)……當前，在科幻大片中通過“人機互聯(lián)”測試并“控制”人類情緒的場景，已成為現(xiàn)實。其運用的技術(shù)，正是腦機接口。

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球有超過3.5億人受到抑郁癥困擾，預(yù)計到2030年，抑郁癥將成為世界第一大負擔(dān)疾病。中國精神衛(wèi)生調(diào)查顯示，我國成人抑郁障礙終生患病率為6.8%，其中抑郁癥為3.4%，我國患抑郁癥人數(shù)達9500萬。

抑郁癥患者常常持續(xù)陷入情緒低落、興趣減退、意志活動減弱的狀態(tài)。雖然有些患者可通過抗抑郁藥物、心理治療等獲得癥狀改善，但其發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、治愈率低的特點，一直以來都是精神障礙類疾病的一大頑疾，而腦機接口技術(shù)正在為治療抑郁癥的科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供新視角。

“關(guān)閉”負面情緒

清晨起床，吳曉天（化名）的第一件事是在手機App里調(diào)好參數(shù)，再用類似遙控器的程控器抵住胸口按下按鍵。隨著“嘀”的一聲，吳曉天挺直身體、眉目清明，瞬間有種神清氣爽的感覺。他形容，這像一股精神力量在身體散開，仿佛重新掌握了身體的“控制權(quán)”。

醫(yī)生調(diào)試靶點的幾個小時里，他的情緒隨著電流波動來回變化——有的就像是注入了前所未有的能量，有的就像是瞬間聽聞噩耗。

作為世界首批使用具有腦機接口功能的腦起搏器，通過多靶點聯(lián)合刺激治療抑郁癥的患者之一，吳曉天在接受腦機接口手術(shù)后受到廣泛關(guān)注。

吳曉天向媒體透露，他的右胸位置埋著兩個硬幣大小的電子設(shè)備，是腦起搏器。兩根電線由此出發(fā)延伸至耳后，再從后腦延伸到大腦前側(cè)，與在大腦前端和情緒相關(guān)的神經(jīng)核團上植入的兩根電極相連，每條電極上有8個刺激點。

其原理是當患者打開“體外開關(guān)”，腦起搏器供電，電極末端放電，從而刺激大腦前端神經(jīng)核團上的靶點，幫助改善抑郁癥患者情緒。

吳曉天向媒體介紹，他在手機App上可以自由切換“工作模式”和“休息模式”，兩者刺激的靶點不同。白天，他會把程序調(diào)到“工作模式”，也叫“抗抑郁模式”，此時他會精神飽滿，對周圍的一切充滿興趣。夜晚睡覺前，切換到“休息模式”后，他會進入沉靜狀態(tài)，話少一點，聲音低一些，能在夜間更好地進入睡眠，以使大腦得到適當?shù)男菹⒑突謴?fù)。

吳曉天坦言，在切換的過程中，他會有一種失落的感覺，就像突然失去了一種支撐，但這種感覺很快會消失。如今，吳曉天已能熟練操控體內(nèi)的“情緒調(diào)節(jié)裝置”，讓他仿佛回到15歲時的精神狀態(tài)。

因為青少年時期的一些經(jīng)歷，“90后”的吳曉天開啟了長達十余年的抗抑郁經(jīng)歷。在多年的心理咨詢、吃藥、氣功、催眠、針灸等治療手段見效甚微后，他在網(wǎng)上了解到上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院功能神經(jīng)外科的“腦機接口治療難治性抑郁癥”臨床研究項目。

2020年12月，上海瑞金醫(yī)院腦機接口及神經(jīng)調(diào)控中心啟動該項目，嘗試開發(fā)難治性抑郁癥的最新治療方法。

該醫(yī)院功能神經(jīng)外科、腦機接口神經(jīng)調(diào)控中心主任孫伯民向媒體介紹，抑郁癥這類精神疾病主要由于腦內(nèi)神經(jīng)環(huán)路功能紊亂引起，項目通過腦機對接開展物理治療，用電極芯片可直連神經(jīng)環(huán)路，再通過電刺激進行神經(jīng)調(diào)控治療。

2020年1月4日，北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科意識障礙病區(qū)正式揭牌。圖為治療過程

通過嚴格的倫理篩查和層層篩選，吳曉天成為該研究項目的第10號患者，并于2022年1月接受了手術(shù)治療。吳曉天稱，手術(shù)后進行開機測試時，一瞬間不自覺地掉了眼淚。醫(yī)生調(diào)試靶點的幾個小時里，他的情緒隨著電流波動來回變化——有的就像是注入了前所未有的能量，有的就像是瞬間聽聞噩耗。

之后的幾個月，吳曉天在醫(yī)生的幫助下練習(xí)，實現(xiàn)了有效調(diào)節(jié)自己的情緒。

一般而言，醫(yī)生不會讓患者自己調(diào)節(jié)模式，但醫(yī)生認為吳曉天神經(jīng)較敏感，懂自控，可以根據(jù)自身狀況進行切換，醫(yī)生將調(diào)節(jié)的權(quán)限交到他手里，讓他可以通過手機App遠程調(diào)控腦起搏器的刺激模式。

公開信息顯示，目前，此項研究已入組23名患者，術(shù)后患者抑郁癥狀的平均改善率超過60%。

也有人擔(dān)憂，腦機接口技術(shù)涉及對患者大腦活動的監(jiān)測與調(diào)控，人的情緒或意識一旦由機器操控，是否存在患者隱私安全以及倫理問題。

機器人“把脈問診”

腦機接口根據(jù)電極位置，可分為“侵入式”和“非侵入式”?！扒秩胧健蹦X機接口技術(shù)將電極植入到大腦內(nèi)部，直接提取神經(jīng)信號，具有更高的信號質(zhì)量，但可能存在生物相容性等問題。吳曉天選擇的抑郁癥治療方式，便屬于這種。

而“非侵入式”腦機接口技術(shù)，通過可穿戴的腦電波檢測設(shè)備獲取腦電信號，對人體無傷害，具備安全、便捷、高效等特點，但由于頭骨的屏障作用，采集到的腦電信號相對較弱且易受干擾。國內(nèi)也有不少研究團隊選擇這一“賽道”，對抑郁癥患者進行“把脈問診”。

2023年6月底，在天津舉辦的第十四屆夏季達沃斯論壇上，我國首款抑郁癥篩查機器人正式亮相。這款“神工—神心”抑郁評估腦機交互系統(tǒng)是天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊研發(fā)的一款面向抑郁癥輔助診斷的情感腦機交互系統(tǒng)，可通過采集患者頭部信號，檢測患者大腦活動模式，評估患者抑郁狀態(tài)，實現(xiàn)對抑郁癥的客觀篩查。

受試者戴上采集腦電信號的電極帽后，系統(tǒng)會間隔播放一系列高頻聲音，刺激誘發(fā)受試者的腦電信號產(chǎn)生高頻振蕩。此時，機器人就會采集到腦電信號并解碼受試者的情緒信息，構(gòu)建識別模型，進行抑郁智能輔助診斷。

“通常10到15分鐘，機器就能夠生成一份受試者抑郁風(fēng)險的輔助評估報告?！碧旖虼髮W(xué)醫(yī)學(xué)院副院長、腦機交互與人機共融海河實驗室主任助理劉爽說，通過這種方式，可以對抑郁癥患者進行客觀的病癥篩查，更早地發(fā)現(xiàn)和干預(yù)抑郁癥。

談及該機器人的研發(fā)初衷，劉爽說，目前抑郁癥的診斷大多通過心理評估和訪談等方式進行，醫(yī)生根據(jù)患者主訴癥狀并結(jié)合自身臨床經(jīng)驗進行診斷，具有主觀性?！拔覀兿Ｍ麑ふ业较鄬陀^的評估方法，幫助醫(yī)生更客觀地進行抑郁癥診斷?！?/p>

“骨折通常拍個片子就能看出來，但抑郁癥就像團迷霧，沒有客觀的診斷指標。作為精神科大夫，我一直希望有工具能幫助我看到病情的‘全貌?！碧旖蚴邪捕ㄡt(yī)院主任醫(yī)師李美娟說。

帶著這樣的目標，2017年起，劉爽帶領(lǐng)研究團隊設(shè)計了一種新型的高頻腦電誘發(fā)范式，并前往全國多地醫(yī)院采集抑郁癥患者的腦電數(shù)據(jù)。“我們設(shè)置了不同聲音分別讓抑郁癥患者聽，最終獨創(chuàng)了一種我們稱之為Chirp（啁啾）的高頻穩(wěn)態(tài)響應(yīng)誘發(fā)范式，能誘發(fā)出穩(wěn)定的抑郁癥電生理靶標。”劉爽說。

采集了500多名抑郁癥患者的腦電數(shù)據(jù)后，劉爽團隊建立了抑郁癥評估模型，基于以上技術(shù)研發(fā)了“神工—神心”抑郁評估腦機交互系統(tǒng)。劉爽介紹，該系統(tǒng)目前已在多家醫(yī)院進行測試，測試性能表現(xiàn)良好。

從2022年研發(fā)出第一代樣機，到2023年更新迭代第二代樣機，“神工—神心”機器人系統(tǒng)目前已授權(quán)和公開2項國際專利、7項國家發(fā)明專利、2項國家軟件著作權(quán)?！斑@套系統(tǒng)已經(jīng)在一定范圍的抑郁癥患者里做過測試，產(chǎn)生了一定效果，我們希望能夠盡快推進臨床試驗，造福更多抑郁癥患者。”

劉爽和她的團隊用情感計算賦予精神醫(yī)學(xué)更多溫度，在精神分裂、孤獨癥、焦慮等精神疾病的腦機制及干預(yù)治療方面取得了多項創(chuàng)新成果。

從2014年開始，在非侵入式腦機接口方面，天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊針對精神醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、重癥醫(yī)學(xué)等不同腦疾病研發(fā)出了20多款產(chǎn)品，取名“神工系列”。天津大學(xué)副校長、腦機交互與人機共融海河實驗室執(zhí)行主任明東說，“神工”既是“神經(jīng)工程專業(yè)”的縮寫，同時也寄予了科研工作者的美好期望，希望所研發(fā)的產(chǎn)品像鬼斧神工一樣，幫助更多病人恢復(fù)喪失的能力。

“腦機接口是一項新興技術(shù)，涉及計算機、醫(yī)學(xué)、機械等多種學(xué)科，我們需要給腦機接口研究更多時間、更多寬容。”

療法仍需驗證

讓截癱患者實現(xiàn)“腦控喝水”，讓肢體無法正常活動的患者重獲“肢體自由”……當前，腦機接口技術(shù)在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域已獲得較大突破，有望作為醫(yī)療器械向臨床治療領(lǐng)域推動。然而，對于抑郁癥、孤獨癥等心理和精神疾病的治療而言，腦機接口技術(shù)可能才邁出第一步。

有專家認為，抑郁癥的誘發(fā)原因難以明確，與抑郁癥相關(guān)聯(lián)的深腦區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。用腦機接口治療抑郁癥在個別患者身上奏效，并不意味著療法已成熟，未來仍需更多臨床驗證。

面對這一新興科技，不少人表達了質(zhì)疑，稱這是一種新型“電子毒品”，容易使患者成癮；也有人擔(dān)憂，腦機接口技術(shù)涉及對患者大腦活動的監(jiān)測與調(diào)控，人的情緒或意識一旦由機器操控，是否存在患者隱私安全以及倫理問題。

上海交通大學(xué)計算機科學(xué)與工程系教授呂寶糧公開表示，對正常人要慎重使用腦機接口技術(shù)，倫理的界限一定要非常明確。

對此，孫伯民表示，上海瑞金醫(yī)院花了一年多時間申請臨床倫理學(xué)論證。他介紹了該項目第一批臨床試驗者的篩選過程：首先，要通過抑郁癥量表和醫(yī)生問診確定患者確實患有抑郁癥；同時，患者還要有過一定量的治療，包括患病期間吃了什么藥、吃了多長時間；除此之外，還要考慮患者的年齡，以及是否有相關(guān)疾病。

腦機接口技術(shù)涉及對患者大腦活動的監(jiān)測與調(diào)控，因此有人擔(dān)憂隱私安全及倫理問題

孫伯民說，并不是所有抑郁癥患者都符合項目要求，在上百個報名人選里，最終只有26名合格。他們屬于“難治性抑郁癥”，使用一般抑郁癥治療方式效果不佳。

吳曉天曾公開表示說，對他來說，腦機接口的療法是一種必要的治療手段。如果沒有它，他可能就會陷入抑郁和痛苦中，這是一種自救。

劉爽呼吁，開展腦機接口治療，需要在倫理和隱私保護方面建立專門的指南，確保所有研究和治療都遵循嚴格的倫理標準；同時，要開發(fā)安全的數(shù)據(jù)處理方案，確?；颊叩哪X電活動數(shù)據(jù)和個人信息得到充分保護。

今年2月，國家科技倫理委員會人工智能倫理分委員會研究編制了《腦機接口研究倫理指引》，指出“腦機接口研究應(yīng)適度且無傷害，研究的根本目的是輔助、增強、修復(fù)人體的感覺—運動功能或提升人機交互能力”。

《腦機接口研究倫理指引》強調(diào)，在人體上開展腦機接口研究，應(yīng)根據(jù)《涉及人的生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究倫理審查辦法》等相關(guān)法規(guī)申請并通過倫理審查，需根據(jù)手術(shù)植入物、有源植入物指導(dǎo)原則和相關(guān)標準，進行安全性和有效性充分驗證，包括提供生物相容性檢測報告、型式檢測報告、大動物安全性有效性報告等。

任何技術(shù)都是一把“雙刃劍”。有專家認為，在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用上，技術(shù)使用應(yīng)本著利遠大于弊的原則，研究者和使用者要引導(dǎo)技術(shù)運用走向良性發(fā)展，讓患者成為受益者，避免其他負面問題出現(xiàn)。

“腦機接口是一項新興技術(shù)，涉及計算機、醫(yī)學(xué)、機械等多種學(xué)科，我們需要給腦機接口研究更多時間、更多寬容?！蹦祥_大學(xué)人工智能學(xué)院教授、天津市介入腦機與智能康復(fù)重點實驗室主任段峰坦言。

劉爽認為，醫(yī)生、科學(xué)家、倫理學(xué)家、法律專家間，以及醫(yī)院、研究機構(gòu)和企業(yè)等需要加強溝通合作，開發(fā)出更安全、有效且經(jīng)濟實惠的腦機接口設(shè)備，以造福更多精神疾病患者。