在浙大二院神經(jīng)外科研究病房?jī)?nèi)，張大伯聚精會(huì)神，用“意念”操控著機(jī)械臂，手握馬克筆在白板上寫(xiě)下“浙江大學(xué)腦機(jī)接口”八個(gè)字。這不是科幻電影中的場(chǎng)景。

參與“意念寫(xiě)字”的志愿者張大伯今年 76 歲，是車(chē)禍后高位截癱患者。其于 2020 年參與浙江大學(xué)腦機(jī)接口研究項(xiàng)目，成為我國(guó)首例侵入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究的志愿者。目前，張大伯可通過(guò)意念完成喝水、進(jìn)食、握手等手部大關(guān)節(jié)動(dòng)作，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。


腦機(jī)接口研究新突破

腦機(jī)接口是指在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的連接通路，通過(guò)記錄和解讀大腦信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。

浙江大學(xué)腦機(jī)調(diào)控臨床轉(zhuǎn)化研究中心神經(jīng)疾病分中心主任、浙大二院神經(jīng)外科張建民教授介紹，志愿者只需想象正常的書(shū)寫(xiě)過(guò)程，這個(gè)書(shū)寫(xiě)過(guò)程可以被腦部運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)反映出來(lái)，科研人員通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)神經(jīng)信號(hào)的解析，可以獲得他所想象的書(shū)寫(xiě)軌跡，并控制機(jī)械臂進(jìn)行書(shū)寫(xiě)。

據(jù)了解，人類(lèi)大腦皮層共有6層，電極片比成人指甲蓋都要小，植入的位置要不深不淺，才可以準(zhǔn)確傳達(dá)出大腦皮層的信號(hào)，同時(shí)又不傷害大腦神經(jīng)元。4個(gè)月的康復(fù)訓(xùn)練后，張大伯實(shí)現(xiàn)了用意念控制機(jī)械臂進(jìn)食。而后，張大伯用意念控制機(jī)械臂，可以握手、打麻將。

此次張大伯用意念操控機(jī)械臂書(shū)寫(xiě)漢字，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這是腦機(jī)接口成果在臨床應(yīng)用的一個(gè)突破。

浙大二院神經(jīng)外科副主任朱君明介紹，傳統(tǒng)腦機(jī)接口中對(duì)于機(jī)械臂伸抓的控制原理是大關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的解析，而漢字書(shū)寫(xiě)是一種精細(xì)運(yùn)動(dòng)，漢字結(jié)構(gòu)復(fù)雜、筆畫(huà)多、字?jǐn)?shù)多，所以研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)寫(xiě)字的不同局部結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)的解碼模型，100個(gè)常用漢字的正確率達(dá)到了91.3%。未來(lái)，隨著科研人員對(duì)于腦機(jī)接口相關(guān)研究的深入，因外傷、中風(fēng)、漸凍癥等原因，失去語(yǔ)言能力或書(shū)寫(xiě)能力的患者，將有望由此獲益。


腦機(jī)接口產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

腦機(jī)接口相關(guān)的研發(fā)已經(jīng)在仿生學(xué)、醫(yī)療診斷與干預(yù)、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)情況來(lái)看，目前我國(guó)代表性腦機(jī)接口企業(yè)強(qiáng)腦科技、腦陸科技、柔靈科技等已經(jīng)推出了一系列消費(fèi)級(jí)腦機(jī)接口產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涵蓋兒童教育、娛樂(lè)、醫(yī)療、健康等多個(gè)領(lǐng)域。

侵入式或半侵入式腦機(jī)接口需要在腦部進(jìn)行芯片等硬件植入，會(huì)破壞腦部的天然物理防護(hù)系統(tǒng)，引起人腦的手術(shù)創(chuàng)傷、出血、感染等問(wèn)題;若相關(guān)軟硬件設(shè)施被非法使用，還可能引發(fā)腦部混亂，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致腦部受損，危及生命安全。另外，侵入式腦機(jī)接口與非侵入式相比，具有更高的技術(shù)和資金門(mén)檻，因此，目前非侵入式腦機(jī)接口仍然是市場(chǎng)上的主流技術(shù)路線。

根據(jù)烯牛數(shù)據(jù)，目前我國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)獲得融資的企業(yè)中，僅腦虎科技、寧矩科技和博睿康科技等少數(shù)幾家企業(yè)布局了侵入式腦機(jī)接口行業(yè)，其他企業(yè)均專(zhuān)注于研究非侵入式腦機(jī)接口產(chǎn)品。

近年來(lái)，我國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)雖然出現(xiàn)了大量的初創(chuàng)企業(yè)，專(zhuān)利申請(qǐng)量、融資事件數(shù)量及金額都有了大幅增長(zhǎng)，但是從應(yīng)用層面來(lái)看，腦機(jī)接口產(chǎn)品距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍有一定的距離。為促進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)步、實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家一方面提出要加強(qiáng)腦科學(xué)等基礎(chǔ)研究，推進(jìn)腦科學(xué)科普工作，另一方面鼓勵(lì)腦機(jī)接口企業(yè)加快產(chǎn)品在醫(yī)療、康復(fù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、教育等典型領(lǐng)域的應(yīng)用。

腦機(jī)接口未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮螅瑩?jù)麥肯錫的研究報(bào)告顯示，2030-2040年腦機(jī)接口全球每年的市場(chǎng)規(guī)模可能在700億美元到2000億美元(約合人民幣5100億—14000億元)之間。


通過(guò)臨床應(yīng)用造福患者

張建民表示，此次對(duì)漢字的成功解碼是非常重要的一環(huán)，也是腦機(jī)接口研究的一個(gè)非常關(guān)鍵的突破。

目前，腦機(jī)接口在難治性癲癇的治療已經(jīng)取得突破性成果。據(jù)浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師朱君明介紹，癲癇是一個(gè)發(fā)作性的疾病，不發(fā)作和正常人幾乎沒(méi)有區(qū)別。一旦發(fā)作，患者腦內(nèi)就會(huì)有特征性的放電，機(jī)器通過(guò)24小時(shí)監(jiān)測(cè)這種特征性的放電，一旦有放電存在，會(huì)及時(shí)給出反應(yīng)性刺激，從而將癲癇消滅在萌芽之中，達(dá)到治療目的。

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師張建民告訴記者，傳統(tǒng)抑郁癥是用藥物治療，但是30%左右的藥物治療效果并不是很理想。幾年前，浙江大學(xué)胡海嵐團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)大腦中的外側(cè)韁核在抑郁癥的發(fā)展中是一個(gè)非常重要的靶點(diǎn)。因此，他們做了一個(gè)案例，通過(guò)對(duì)外側(cè)韁核神經(jīng)調(diào)控刺激來(lái)改善患者的癥狀。經(jīng)過(guò)兩年多的隨訪和觀察，證實(shí)此類(lèi)腦深部電刺激手術(shù)對(duì)該患者有非常好的治療效果。

腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)步能夠?yàn)槎喾N疑難復(fù)雜的神經(jīng)疾病提供新的手段和治療方法。隨著中國(guó)腦計(jì)劃的推進(jìn)，人們對(duì)大腦疾病的病理機(jī)制逐漸深入了解，未來(lái)，腦機(jī)接口將加入臨床的監(jiān)測(cè)、診斷和評(píng)估的治療流程中，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)精神疾病的精準(zhǔn)治療。