大腦，與電極共存——一個國產腦機接口案例

14年前，一場車禍令老楊頸椎處脊髓完全性損傷，自此，從老楊大腦產生的運動意念，幾乎無法再傳達給軀體——老楊癱瘓了。

2023年10月，老楊的顱骨被鑿出一個孔洞，植入了兩枚1分錢大小的腦機接口處理器、含有8個接觸點的電極。由此，老楊的腦電信號被機器讀取出來，然後下達給一隻氣動手套。三個月後，這隻手套代替老楊與大腦「失聯」已久的右手，準確完成了抓握水瓶的動作。

腦機接口作為時下的科技風口，正引發越來越多的討論。在醫學界，它被視為具有廣泛應用前景，可在癱瘓、漸凍症、帕金森、認知障礙、抑鬱症等疾病中發揮「電子藥」的作用。

不過，從願景走向現實，這一新技術還要解決安全性、腦電信號翻譯、倫理等諸多問題。

為自己點一支菸

老楊如果犯菸癮，妻子會點燃一支，放入他嘴中。

癱瘓十四年後，老楊第一次再度抓握住一瓶水，他由此產生了新的憧憬：未來，能自己親手點燃香菸。

2024年2月1日，四位醫生在首都醫科大學宣武醫院分享了老楊的病例。緊挨著報告廳的中國國際神經科學研究所是一棟顯眼的新建築，被設計成大腦的模樣，不時有身著白大褂的人員進出。

如果將老楊的大腦與這棟大樓做比較，最大的區別或許在於，老楊體內那條貫通大腦內外的「道路」被阻隔了。

十四年前，一場車禍令老楊頸椎處脊髓完全性損傷，ASIA評分為A級。這是脊髓損傷最嚴重的一級，意味著損傷部位以下的運動和感覺功能完全喪失。

脊髓就像意志與感覺的主幹道，連接著大腦與軀幹。這條通路損毀，大腦與軀幹便形同「失聯」，感覺無法從指尖傳入大腦，想法也無法從大腦下達給肢體。對老楊來說，即便是想要喝水這樣簡單的衝動，也被「深鎖」在頭顱之中。

現在，喝水的念頭被「救」了出來，並在一支氣動手套上得以實現。隨著美國企業家馬斯克近日的成果發佈，這項技術於公眾而言已不再陌生——腦機接口。

將腦機接口放入顱骨中

「腦機接口解鎖的主要是老楊的運動功能。他所做的事情就是想像，想像原先那種操控手的抓握的感覺。通過反復訓練，現在達到了90%的準確率。」國家神經疾病醫學中心科研轉化部副主任魏鵬虎解釋道。

就在幾天之前，老楊的案例被宣佈為「全球首例植入式硬膜外電極腦機接口輔助治療頸髓損傷引起的四肢截癱患者行為能力取得突破性進展。」

老楊是在2023年10月24日接受的手術。在手術台上，他的顱骨被鑿開一個小孔，置入了兩枚硬幣大小的腦機接口處理器。

手術後10天，老楊出院回家。居家使用時，體外機隔著頭皮給體內機供電，並接收腦內的神經信號，傳送到電腦或者手機上，實現腦機接口通信。

整個過程經歷了比普通手術複雜得多的設計與環節。

2023年4月，這項無線微創腦機接口的臨床試驗在宣武醫院進行倫理審查。審查的核心在於權衡受試者的獲益與風險。

規避風險是手術設計時參與者考慮的首要問題。

人腦有著層層包裹疊加的解剖結構。從頭皮往下，分別要透過顱骨、硬腦膜、蛛網膜、軟腦膜等組織，才會抵達腦組織。放眼全球，不同的公司在設計處理器放置位置時有各自的考量，也由此產生了各類不同的產品。

宣武醫院院長趙國光介紹，最常見的裝置置於頭皮外，可以得到常規的腦電圖，記錄語義，有無創的優點，但也有敏感性弱的缺點；有的放置於顱骨之下、大腦皮層表面或腦實質內，需要解決的是異物接觸腦組織的排異問題，馬斯克研發的腦機接口，就是將頭髮絲一般柔軟的電極紮入腦組織內。

為了在「避免排異」和「有效獲取大腦電信號」之間尋找平衡，老楊的腦機接口處理器放置在了顱骨內，電極的8個接觸點覆蓋在硬膜外，不直接接觸腦組織。由於採用近場無線供電和傳輸信號，植入顱骨的體內機無需電池，避免電池泡在體液中發生風險。

從語言、視覺到聽覺、動作，人體不同的功能的「中控區」位於大腦皮層的不同區域。在溝通中，老楊提出希望恢復右手的能力，完成生活中常見的喝水、吃飯甚至寫字等動作。醫生們找到控制這些動作的相應皮層區域，以此安排電極接觸點的放置部位，確保準確採集到相應的腦電信號。由此，前期準備得以完成。

經過三個月的居家康復訓練，老楊現在可以通過腦電活動驅動氣動手套，實現自主喝水等腦控功能。令醫生驚喜的是，老楊脊髓損傷的ASIA臨床評分和感覺誘發電位測量均有改善，對腦機接口的使用，似乎讓損毀的神經通路得到了一定程度的複建。

破譯大腦「天書」

隨著馬斯克腦機接口案例的發佈，這一技術展現在公眾面前，並引發廣泛討論。趙國光介紹，在業界，與腦機接口的「觸軌」來得更早，從技術發展史的角度，其概念的提出，甚至可以往回追溯50年。

「一般認為2023年是人工智能的元年，主要來自於計算機算法方面的發現，如ChatGPT根據語言模型能形成檢索與更加智能的回答，原來需要幾十年才能發現的蛋白新結構也由機器發現等。電生理信號背後是海量數據，目前認為，神經科學也是大數據的科學，因此從去年開始，腦機接口也成為了熱點賽道，這是科技發展所推動的。」趙國光解釋。

腦機接口的核心邏輯是記錄與解讀大腦信號，並實現大腦和計算機之間的直接通信。老楊這樣的脊髓損傷患者或從中獲益，從更長遠的願景看還有實現腦機融合智能，直接拓展人腦信息處理能力。

不過，願望廣闊而美好，回歸應用層面，醫生與科學家們還要破解諸多現實問題。

例如「翻譯」。隨著科技進步，採集腦電信號已廣泛應用於臨床和實驗中，但如何解讀這些數據龐大的「大腦的話語」，並翻譯為機器能夠讀懂的代碼，是目前應用所面臨的一個巨大空白點。

「我們所採集到的毫秒級電信號，它們就像天書，不研究都不知道代表什麼，想要在外接設備形成機械力，不管是電動開關窗簾還是其他，都需要轉成機器能聽懂的編碼，11001100011……不同語言也有各自的特點，譬如握住水瓶，英文就是一個hold，中文可以是握、拿、持、抓，表達更加豐富與精細，同時也為中文解碼帶來了挑戰，這需要我們一一探索。」趙國光介紹。

再如捕捉電信號。大腦有1000億神經元，記錄多少才能反映功能的缺損？目前最好的技術可以記錄到3000神經元，記錄1000億是不可能的，即便只有幾千，長期穿刺也可能帶來腦損傷。

此外，倫理問題也要求解答。在醫院端，患者的數據被長期採集，其隱私如何保障？更遠一點，隨著算法的高度發展，如果AI未來出現了意識，人類是否還能通過簡單的「斷電」來對待它們？

當然，醫生們當下考慮更多的仍是現實問題。

不管是脊髓損傷，還是漸凍症、帕金森、認知障礙、抑鬱症、自閉症、腦梗後偏癱……這些涉及神經系統病變的症狀，都是腦機接口及相關數字診療能夠大展身手的領域。在宣武醫院，針對癲癇患者的重覆神經刺激臨床試驗，在一年中開展了近40例，同樣是通過電極植入，在紊亂的腦電信號上「做文章」。

「我們在挑戰不可能，挑戰的是沒有解決方案的疾病，現在還是個例，還有很多問題沒有得出結論。如果有一天，我們治療的截癱患者已經完成一百例，也就擁有了大數據去回答一系列關於效果、感染、是否取出等問題，由此來驗證新技術是否適合，所有裝置都是這樣的一個過程。」趙國光說。

新京報記者 戴軒

編輯 陳靜 校對 吳興發