脑机接口技术助他“端”起希望

因车祸截瘫了14年的患者老杨，一直有个心愿：“我真希望，有生之年，还能亲手为她倒杯水。”

如今，梦想有机会照进现实。2023年10月，首都医科大学宣武医院与清华大学的科研团队联手，为老杨植入脑机接口装置。今年2月，联合团队宣布，这个小装置让老杨成功“端”起了一杯水。

宣武医院赵国光团队进行脑机接口植入试验。受访者 供图

在截瘫患者身上令人惊喜的实践效果，并不是脑机接口应用的唯一案例。宣武医院院长赵国光多年致力于脑机接口技术探索。他说，这种技术在渐冻症、脑卒中后遗症、抑郁症、帕金森病等“脑网络疾病”的治疗和康复领域，势必大有可为。

试验

将脑机接口处理器植入颅骨

对于普通人而言，为爱人倒杯水是件不值一提的小事。但对老杨来说，却算得上是“奢望”。

14年前，老杨因发生车祸，导致颈椎处脊髓完全性损伤，ASIA(世界公认的脊柱损伤分级)评分为A级。这是脊髓损伤最严重的一级，意味着损伤部位以下的运动和感觉功能完全丧失。

脊椎就像大脑与肢体的主干道，神经链路阻断，“指挥部”与“部队”就失联了——感觉无法从指尖传到大脑，指令也无法从大脑下达给肢体。

卧床14年，老杨几乎已经“认命”。直到宣武医院和清华大学的联合科研团队用脑机接口技术，重新点燃了他强烈的康复欲望。去年10月，在家人的全力支持下，他决定参与无线微创植入脑机接口首例临床试验。

手术前，宣武医院团队先为老杨进行了详细的评估检查，通过一系列脑科学先进仪器设备，成功在他大脑右侧找到了驱动右手“激活区域”的位置。

2023年10月24日，宣武医院神经外科医生将两枚硬币大小的脑机接口处理器精准植入了老杨的颅骨中。

一场无声的“对话”，在老杨的颅骨之下开始了。术后当场，团队就成功采集到了清晰、敏感的感觉运动脑区颅内神经信号。如今，赵国光依然兴奋地使用“漂亮”来描述这些信号的状态。

术后10天，老杨出院回家，无声的“对话”不间断——脑机接口处理器精准接收脑内的神经信号，并将信号实时传送到电脑或者手机上，实现脑机接口通信。同时，为了保证“脑机对话”的私密性，团队在电源管理中设置了认证芯片，体内机与体外机必须完成配对，才能启动人体内的信号采集系统。

3个月康复训练后自主脑控喝水

经过3个月的居家康复训练，老杨实现了自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过了90%。宣武医院专门召开发布会，向公众展示了可以被称为奇迹的一幕：老杨坐在轮椅上，右手提前佩戴上气动手套。他集中精力在头脑里发出“移动右手”的指令。电脑“秒懂”，随即将意念“翻译”成计算机语言，并将指令传达给手套。脑电活动驱动机械设备，协助老杨右手手指协同弯曲，抓住了矿泉水瓶。

更令人惊喜的是，经过电机刺激和康复训练，老杨右手的温度和刺痛等感知水平都得到了改善，脊髓损伤的临床评分和感觉诱发电位测量也都有了明显提升。

突破

技术更为折中 确保安全可逆

几乎是与中国的科研团队同时，美国特斯拉公司首席执行官、太空探索技术公司首席执行官埃隆·马斯克也向大众公布了脑机接口的进展——这款产品名为“心灵感应”。当大脑植入设备后，只需意念就能控制手机、电脑等几乎所有设备。

“我们的产品与‘心灵感应’采用的技术路线不同。”赵国光进一步解释，传统的脑机接口分为非侵入式和侵入式两种类型。非侵入式脑机接口不需要手术，但脑电信号要突破蛛网膜下腔、硬脑膜、颅骨才能表现出来，因此没有那么精准。美国的“心灵感应”是一种侵入式脑机接口设备。它将传感器直接植入大脑表面，以获取高质量和精准度的脑电信号。这种方法可以直接读取大脑神经元活动，信号分辨率和信噪比都会比非侵入式高。“但是，这种方式也存在着较大的手术风险和伦理问题，比如长期植入安全性等。患者植入后需要在医院长期训练，难以回归家庭和社会。”

中国的团队采用的是一种独特的半侵入式脑机接口，是一种更为折中的技术路径。团队将脑机接口处理器放置在患者的颅骨内，电极的8个接触点覆盖在硬膜外，不直接接触脑组织。颅骨之下、硬膜之上的设置，让它在精准采集信号的同时，还能保证安全性和可逆性。“这种设计可使设备长期保留在患者脑内，采集大脑皮层放电信号。就精准度而言，它的波幅、带宽、频率都足以满足临床功能。同时，为了避免瘢痕、炎症、肿胀等人体对异物的排斥反应，我们没有选择让脑机接口侵入到脑实质内。”赵国光介绍，将体内机安置在硬膜和内含脑脊液的蛛网膜下腔外，还可以避免设备长期浸泡在液体环境而发生感染风险。

体内机体积小 无需电池驱动

此次试验的另一大突破，在于植入颅骨的体内机无需电池驱动。

老杨使用的脑机接口设备，体内机由体外机通过近场无线供电，内外之间也能无线传输信号。“这种设计，让体内机的体积更小，患者更容易适应。同时还能满足采样频率方面的要求。”赵国光说。

从2022年宣武医院开始进行脑机接口临床试验起，至今已有近40例患者接受脑机接口的微创植入。目前，尚无受试者发生并发症和排异反应。赵国光说：“无线微创植入脑机接口的便捷性和安全性有可靠保障，让受试患者的居家康复成了可能。”

案例

15岁患难治性癫痫女孩恢复活力

去年，宣武医院团队利用该技术治疗的一名患者，给赵国光留下了深刻的印象。患者小林是一名来自云南省的15岁少女，由于患有难治性癫痫，她的肢体、躯干频繁发生顽固性震颤。“频繁到什么程度呢?入院前的一年内，她平均每月发病700多次，几乎每个小时都在发病，毫无生活质量可言。”

小林曾服用多种抗癫痫药物，但治疗效果并不理想。而且，她的病灶处在脑部支配肢体运动的区域，无法切除治疗，否则将面临瘫痪、终身残疾的严重后果。这些现实，让小林和家人一度陷入绝望。

脑机接口技术为她点亮了希望的曙光。宣武医院团队将含有人工智能芯片的颅内电极植入小林脑内。该系统昼夜无间断监测脑电节律，一旦预测到即将发生的癫痫，就立即启动外源性干扰节律，直接阻断癫痫形成，精准地控制环路的活动。

手术的过程非常顺利，患者术后恢复良好，从外观上看和健康女孩几乎没有区别。

监测数据显示，术前，小林最多时每月发病730次。术后第1个月，发病次数就减少到485次，第2个月发病57次。至术后第5个月，女孩的癫痫停止发作。

“完全认不出来了!”复诊时，小林浑身充满青春的朝气，洋溢着灿烂的笑容。专家们都由衷感到惊喜。赵国光欣慰地说：“能够帮助患者解除痛苦、回归正常生活，这是我们每个医务工作者最大的心愿。”

前景

未来有望帮助更多脑疾病患者

已经取得的令人惊喜的实践效果，并不是脑机接口技术应用的唯一方向。截至目前，仅宣武医院的脑机接口试验就已经进行了数十例，领域涉及多种重大脑神经系统疾病。

比如，2022年起，赵国光牵头，由宣武医院联合华山医院等9家医院开展国内首个脑机接口反应式电刺激(RNS)设备的多中心、随机对照、双盲Ⅲ期临床研究。RNS系统用于治疗顽固性、药物抵抗性、局灶性成人癫痫，旨在从源头上预防和治疗癫痫发作。

脑机接口技术在老杨和小林身上的成功应用，给科研团队带来莫大鼓舞的同时，也昭示着脑机接口技术在医疗救治领域拥有更广阔的前景。

赵国光说，脑机接口技术的应用不应局限于某种单一病种，“它在渐冻症、脑卒中后遗症、阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等脑重大疾病、神经变性疾病的治疗上还有更多有待思考的应用空间。”他认为，脑机接口技术在“脑网络疾病”的医治和康复方面，拥有目前难以预估的可能性。