中新網(wǎng)北京6月14日電 (記者 孫自法)腦機(jī)接口技術(shù)研究進(jìn)展如何？其在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用情況怎樣？這些話題近年來在全球備受矚目。

　　來自中國科學(xué)院的最新消息說，中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近期成功開展中國首例侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗(yàn)，并創(chuàng)造出目前全球最小尺寸、柔性最強(qiáng)神經(jīng)電極和全球最小尺寸腦控植入體的三項(xiàng)世界之最。這也標(biāo)志著中國在侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上成為繼美國之后，全球第二個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段的國家。

　　受試者腦機(jī)接口運(yùn)行穩(wěn)定效果良好

　　中國首例侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗(yàn)，由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心趙鄭拓研究員團(tuán)隊(duì)、李雪研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院吳勁松/路俊鋒教授團(tuán)隊(duì)并與相關(guān)企業(yè)合作，近期在上海順利實(shí)施，也是這兩家科研、醫(yī)療機(jī)構(gòu)共建的上海市腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立后取得的首項(xiàng)重要成果。

　　研究團(tuán)隊(duì)介紹，腦機(jī)接口技術(shù)分為植入式、非植入式兩大類，植入式又包括侵入式、半侵入式兩種。

　　本次侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)受試者是一位因高壓電事故導(dǎo)致四肢截肢的男性。自2025年3月植入該腦機(jī)接口設(shè)備以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，術(shù)后至今一個(gè)多月未出現(xiàn)感染和電極失效的情況。僅用2至3周的訓(xùn)練，他便實(shí)現(xiàn)下象棋、玩賽車游戲等功能，達(dá)到跟普通人控制電腦觸摸板相近的水平。

　　研究團(tuán)隊(duì)表示，這次成功開展臨床試驗(yàn)的侵入式腦機(jī)接口設(shè)備系統(tǒng)還具有無線信號(hào)傳輸、無線充電(通過定制的帽子)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者友好的人性化設(shè)計(jì)。在未來獲批注冊(cè)上市后，中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)侵入式腦機(jī)接口設(shè)備系統(tǒng)有望幫助完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側(cè)索硬化癥患者等群體實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)替代，顯著提升他們的生存質(zhì)量。

　　全球最小尺寸柔性最強(qiáng)神經(jīng)電極

　　與此前世界上唯一進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段、代表業(yè)界最高水平的埃隆·馬斯克創(chuàng)辦企業(yè)Neuralink侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)中使用的神經(jīng)電極相比，中國團(tuán)隊(duì)在神經(jīng)界面技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。

　　趙鄭拓指出，其團(tuán)隊(duì)研制及生產(chǎn)出目前全球最小尺寸、柔性最強(qiáng)的神經(jīng)電極，截面積僅為Neuralink所使用電極的1/5到1/7，柔性則超過Neuralink的百倍，植入后讓腦細(xì)胞幾乎“意識(shí)”不到旁邊有異物，可最大程度降低對(duì)腦組織的損傷。

　　該超柔性神經(jīng)電極具備高密度、大范圍、高通量、長時(shí)間的穩(wěn)定在體神經(jīng)信號(hào)采集能力，已相繼完成在嚙齒類、非人靈長類和人腦中長期植入和穩(wěn)定記錄驗(yàn)證，為植入式腦機(jī)接口前端電極組織相容性差和信道帶寬窄的關(guān)鍵“瓶頸”，提供了開拓性的解決方案。

　　集成全球最小尺寸腦控植入體

　　在中國首例侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗(yàn)中，趙鄭拓和李雪團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，是中國國內(nèi)迄今唯一獲得注冊(cè)型檢報(bào)告且可以長期穩(wěn)定采集到單神經(jīng)元Spike信號(hào)(最能反映大腦神經(jīng)活動(dòng)的電信號(hào))的腦機(jī)接口系統(tǒng)，其毫秒級(jí)、單神經(jīng)元水平的神經(jīng)信號(hào)捕獲特性為應(yīng)用提供了良好的神經(jīng)電信號(hào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　其中，基于目前全球最小尺寸、柔性最強(qiáng)的神經(jīng)電極，集成的植入體直徑26毫米、厚度不到6毫米，是目前全球最小尺寸的腦控植入體，僅硬幣大小，為Neuralink產(chǎn)品1/2。

　　因此，在手術(shù)友好程度方面，不需要整體貫穿顱骨，只需要在大腦運(yùn)動(dòng)皮層上方的顱骨上“打薄”出一塊硬幣大小的凹槽用以鑲嵌設(shè)備，再在凹槽中打一個(gè)在顱骨上開5毫米的穿刺孔。其采用神經(jīng)外科微創(chuàng)術(shù)式，既有效降低手術(shù)期風(fēng)險(xiǎn)，也顯著縮短術(shù)后康復(fù)周期。同時(shí)，基于成熟外科技術(shù)構(gòu)建的完整操作體系，標(biāo)準(zhǔn)化操作流程更利于在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)神經(jīng)外科開展規(guī)?；瘧?yīng)用。

　　李雪指出，中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)是在神經(jīng)科學(xué)原理指導(dǎo)下設(shè)計(jì)，可以通過較少數(shù)量的植入電極實(shí)現(xiàn)跟較多冗余設(shè)計(jì)的Neuralink相似的控制水平。該低冗余量設(shè)計(jì)盡量減少對(duì)患者帶來植入損傷，讓患者更多受益。

　　創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn)神經(jīng)解碼器動(dòng)態(tài)優(yōu)化

　　實(shí)時(shí)在線解碼是腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，可在十幾毫秒窗口期內(nèi)完成神經(jīng)信號(hào)的特征提取、運(yùn)動(dòng)意圖解析及控制指令生成全流程，其核心挑戰(zhàn)是建立毫秒級(jí)高精度響應(yīng)的閉環(huán)控制鏈路，適應(yīng)神經(jīng)信號(hào)的非平穩(wěn)性，并實(shí)現(xiàn)解碼器與被試的雙向動(dòng)態(tài)適應(yīng)，這對(duì)解碼模型的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和計(jì)算效率提出雙重考驗(yàn)。

　　趙鄭拓表示，研究團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)的在線學(xué)習(xí)框架，創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)解碼器的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。該解碼框架采用參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，協(xié)調(diào)解碼器優(yōu)化和神經(jīng)可塑性，突破傳統(tǒng)靜態(tài)解碼模型難以適應(yīng)神經(jīng)信號(hào)時(shí)變特性的局限性，并結(jié)合柔性電極信號(hào)采集穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)和高精度神經(jīng)發(fā)放估計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了高魯棒性(系統(tǒng)在面對(duì)變化或干擾時(shí)，保持其功能和性能的能力，也稱穩(wěn)健性和強(qiáng)壯性)、低延時(shí)、可自動(dòng)適應(yīng)的實(shí)時(shí)在線運(yùn)動(dòng)解碼。

　　動(dòng)物試驗(yàn)已驗(yàn)證安全性和功能性

　　在開展人體試驗(yàn)之前，依托中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心建設(shè)的國際領(lǐng)先非人靈長類研究平臺(tái)，中國團(tuán)隊(duì)侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)的安全性和功能性已在獼猴中得到驗(yàn)證。

　　該系統(tǒng)被植入到獼猴運(yùn)動(dòng)皮層的手部和手臂功能區(qū)，植入手術(shù)順利完成后系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)感染和電極失效的情況；獼猴經(jīng)過訓(xùn)練，已成功實(shí)現(xiàn)僅憑神經(jīng)活動(dòng)即可敏捷且精準(zhǔn)地控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)引導(dǎo)下的腦控打字。

　　在平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間后，獼猴試驗(yàn)的植入體被手術(shù)安全取出，并更換新植入體在同一個(gè)顱骨開孔位置完成二次植入。其術(shù)后系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，同樣未出現(xiàn)感染和電極失效的情況，獼猴快速適用新系統(tǒng)并流暢實(shí)現(xiàn)腦控光標(biāo)。該手術(shù)的順利完成，驗(yàn)證了植入體通過二次手術(shù)升級(jí)換代的可行性。

　　腦機(jī)接口技術(shù)為患者帶來新希望

　　作為中國首例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的主刀醫(yī)生，路俊鋒教授指出，精準(zhǔn)定位和植入是手術(shù)成功的關(guān)鍵，在為受試者進(jìn)行手術(shù)前，華山醫(yī)院團(tuán)隊(duì)采用功能磁共振成像聯(lián)合CT影像技術(shù)，重構(gòu)了受試者專屬三維模型與人腦運(yùn)動(dòng)皮層的詳細(xì)功能地圖，以確保植入位置的精確性。

　　手術(shù)當(dāng)天，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)借助高精度導(dǎo)航系統(tǒng)，在喚醒手術(shù)下將超柔性電極植入受試者大腦的運(yùn)動(dòng)皮層指定區(qū)域，整個(gè)手術(shù)過程精確到毫米級(jí)別，最大限度保證安全性和有效性。得益于研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)出目前三項(xiàng)世界之最的腦機(jī)接口系統(tǒng)，在這次完成高精度電極植入基礎(chǔ)上，還可以為后續(xù)的信號(hào)采集和解碼奠定重要基礎(chǔ)。

　　中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明指出，腦機(jī)接口電極的微小化、無線化，從技術(shù)上單個(gè)實(shí)現(xiàn)都很困難，此次研發(fā)集成應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，并保持長期穩(wěn)定運(yùn)行，這是腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大突破。未來，結(jié)合新的機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能算法，腦機(jī)接口將讀取語言等更加復(fù)雜信息，具有廣泛應(yīng)用前景。

　　通過腦機(jī)接口重新連接世界，為運(yùn)動(dòng)功能障礙患者帶來新希望。研究團(tuán)隊(duì)透露，他們下一步會(huì)嘗試讓受試者使用機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)在生活中完成抓握、拿杯子等操作。后續(xù)，還將涉及到對(duì)復(fù)雜物理外部設(shè)備進(jìn)行控制，例如對(duì)機(jī)器狗、具身智能機(jī)器人等智能代理設(shè)備的控制，拓展相關(guān)功能喪失患者的生活邊界。(完)