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將極小電極植入人類大腦，利用電流讓電腦和腦細胞互動，最終實現(xiàn)“人腦與機器交互”，一度癱瘓的患者戴上氣囊手套，舉起杯子竟喝起了水。曾經(jīng)以為科幻里出現(xiàn)的場景，正走進現(xiàn)實生活。

就在上個月，上海首例腦機接口產(chǎn)品臨床試驗植入手術(shù)引發(fā)廣泛關注，這也是我國第三例腦機接口植入手術(shù)。12月6日，主刀醫(yī)生、復旦大學附屬華山醫(yī)院院長毛穎教授首度公開患者術(shù)后康復情況，“可以用震撼兩個字來形容，患者恢復過程非常順利，改善十分明顯！”

這也意味著，上海三大先導產(chǎn)業(yè)之一的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中重要的一塊拼圖——腦機接口，已跨出堅實一步。

癱瘓患者舉起杯子喝水

“我甚至感受不到腦機接口的存在”

38歲的小董四年前遭遇不幸：由于車禍導致頸椎脊髓受損，手部無法抓握，難以站立。四年后，2024年11月6日，他的人生因為科技得到徹底扭轉(zhuǎn)。在華山醫(yī)院虹橋院區(qū)，一臺意義重大的腦機接口手術(shù)歷時1小時40分鐘順利完成。術(shù)后小董持續(xù)隨訪康復，一個月后生命的驚喜出現(xiàn)：他得以在氣囊手套輔助下，順利舉起杯子，甚至還自己拿著杯子喝了一口水，動作流暢不卡頓。

植入小董大腦里的產(chǎn)品，源于博?？滇t(yī)療科技（上海）有限公司與清華大學生物醫(yī)學工程學院洪波教授團隊合作開發(fā)的NEO腦機接口產(chǎn)品。這也是該產(chǎn)品在全國完成的第三例、在上海完成的首例臨床試驗植入手術(shù)。

腦機接口產(chǎn)品NEO植入大腦的示意模型。

據(jù)悉，這是博?？档牡谝淮a(chǎn)品，手術(shù)操作已相當順滑。記者了解到，上海華山醫(yī)院的手術(shù)用時較前兩例手術(shù)有大幅提升，僅用時1小時40分鐘。

時間的大幅縮短與臨床全新技術(shù)嵌入密不可分。12月4日，記者專訪了華山醫(yī)院院長毛穎教授，他提及，“對腦機接口的未來，我們信心十足，首例腦機接口手術(shù)比想象中還順利！”

“我們只用了3.3分鐘，就快速精準地定位了手部運動/感覺腦區(qū)，大大縮短了手術(shù)時間?！泵f解釋，“我們應用了自主研發(fā)的新型定位技術(shù)——在線時域空域腦功能定位系統(tǒng)，其定位偏差在毫米級精度范圍內(nèi)，且無須術(shù)中喚醒患者。這就使得整個手術(shù)定位更加精準便捷、手術(shù)精準匹配度更貼切，速度與準確率均大幅提高?！?/p>

術(shù)后一周，小董順利回家，清華大學生物醫(yī)學工程學院洪波教授團隊派出兩名工程師，在此后的一周內(nèi)為腦機接口優(yōu)化調(diào)整算法，“每個人的腦部算法各有不同，這一周非常關鍵，我們采集數(shù)據(jù)，匹配出最適合患者的算法?！?/p>

小董的康復意愿非常強烈，第三周開始接受腦機接口控制，第四周就完全掌握了拿水瓶、拿蘋果等測試，準確率高達80%-90%?？祻椭械摹熬艑m格”游戲訓練，小董完成得也比此前在北京開展的患者效果更好?！坝袝r我甚至都感覺不到腦機接口的存在?！毙《嬖V工程師。

從癱瘓到可以舉起杯子，NEO腦機接口是如何在小董腦內(nèi)工作的？

7日記者專訪了清華大學生物醫(yī)學工程學院洪波教授，專家向記者解釋：NEO系統(tǒng)采用無線微創(chuàng)設計，體內(nèi)機埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬膜外（硬膜位于顱骨和大腦皮層之間，起到保護神經(jīng)組織作用），不損傷大腦細胞。居家使用時，體外機隔著頭皮給體內(nèi)機供電，并接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號，傳送到電腦或者手機上，借助解碼算法實現(xiàn)腦機接口通信。

洪波還補充，通過長期動物試驗已驗證，NEO腦機接口不會破壞神經(jīng)組織、信號穩(wěn)定，由于采用近場無線供電和通信技術(shù)，患者體內(nèi)也無需裝電池?？茖W家為記者比喻，“腦機接口的植入就像買了一臺全自動洗衣機，經(jīng)過工程師指導后，患者和家屬完全可以居家自己操作?！?/p>

工程師進行一周調(diào)試后，小董超預期完成第一階段任務。一般來說，第一階段康復需要花費1.5-2個月的時間，而他只用了1個月時間。在洪波看來，這與華山醫(yī)院毛穎教授團隊精湛的手術(shù)技巧密不可分，配合小董強烈的自主意愿，效果十分明顯。記者了解到，整個第一階段康復需要維持3個月，待小董徹底成熟順利操作后，第二階段將通過腦機接口開展脊髓神經(jīng)修復，預計需要6至9個月的時間。

上海首臺腦機接口手術(shù)成功，具有里程碑式的意義。小董康復視頻于12月6日在滬召開的國際腦機接口大會（bci）上“驚艷亮相”。專家一致表示，手術(shù)的成功證明了腦機接口在臨床上選擇合適的病人，應用前景將非常廣闊。

20年前科幻鏡頭成真

專家詳解腦機接口幾種“路線圖”

時光追溯到上世紀末，一部關于腦機接口的科幻電影《黑客帝國》一度風靡全球。電影里，腦機接口技術(shù)被描繪成一種可以讓人類直接與計算機進行交互的設備。它通過將電極植入大腦，讓人類能夠感知和控制計算機中的虛擬世界。

電影《黑客帝國》一度風靡全球。

十幾年后，科幻鏡頭成為現(xiàn)實：2016年，馬斯克創(chuàng)立研究腦機接口技術(shù)的神經(jīng)連接公司Neuralink，讓腦機接口領域備受關注。今年3月，Neuralink發(fā)布消息：首位植入“心靈感應”腦機接口產(chǎn)品的癱瘓病人諾蘭德·阿博已能通過腦電信號直接控制鼠標，用意念在電腦上下國際象棋、玩電子游戲，并在社交平臺X上發(fā)帖子。今年5月公司透露，植入阿博大腦的一些接線出現(xiàn)了脫落情況，導致“心靈感應”采集的數(shù)據(jù)量明顯減少。

腦機接口作為當下生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)里最熱門的詞匯，該怎樣理解？

科學家們對此進行科學解釋，腦機接口是一種在大腦與外部設備之間創(chuàng)建信息通道，實現(xiàn)直接信息交互的新興技術(shù)。它通過記錄裝置采集顱內(nèi)或腦外的大腦神經(jīng)活動，并通過人工智能模型等算法對神經(jīng)活動進行解碼，解析出神經(jīng)活動中蘊含的主觀意圖，再輸出相應的指令，操控外部裝置實現(xiàn)與人的主觀意圖一致的行為，并接收來自外部設備的反饋信號。

“人的大腦能指揮四肢，完成各種感知運動，但是如果出現(xiàn)偏癱，或者像霍金那樣患有漸凍癥，那么大腦和四肢的通信就發(fā)生了障礙?！焙椴ㄕf，“腦機接口就是在大腦和四肢感知運動之間建立一座新的橋梁，讓這些患者能重新動起來。這個前沿科技領域涉及微電子、人工智能、醫(yī)學、材料學等多個學科的交叉創(chuàng)新?！?/p>

就目前來看，腦機接口“技術(shù)路線”總體分為幾種：侵入式、非侵入式以及半侵入式。

馬斯克Neuralink公司的技術(shù)路線是侵入式腦機接口，即通過神經(jīng)外科手術(shù)，將電極等信號記錄裝置植入硬腦膜（一層附著于顱骨內(nèi)面的結(jié)締組織膜）下的大腦皮層，進行高通量的神經(jīng)信號采集。

侵入式腦機接口，其優(yōu)勢是電極與大腦的神經(jīng)元近距離接觸，能進行高通量、高質(zhì)量的神經(jīng)信號采集；但其風險比另兩種技術(shù)路線高，存在神經(jīng)外科手術(shù)、植入物放置所引發(fā)的長短期安全風險，包括手術(shù)過程中和手術(shù)后的組織損傷、感染風險，以及腦損傷、炎癥反應、骨骼異常生長、電磁輻射等長期風險。

非侵入式腦機接口技術(shù)風險很低，但功能有限。其產(chǎn)品形態(tài)通常是穿戴式設備，將采集腦電信號的電極附著在頭皮上，提取神經(jīng)元活動混合并經(jīng)過顱骨衰減后的信號，精度較低。

洪波教授在bci大會上分享腦機接口患者康復情況。

由洪波教授科研團隊采用的則是第三種技術(shù)路線——“半侵入式”微創(chuàng)技術(shù)。即通過微創(chuàng)手術(shù)，將硬幣大小的電極植入顱骨下、硬腦膜外的部位，這里距大腦神經(jīng)元很近，但不直接接觸神經(jīng)元細胞，采集到的信號強度和分辨率較高，且不存在損傷神經(jīng)細胞、引發(fā)免疫反應的風險。專家解釋，由于使用無線供電和通信系統(tǒng)，NEO的電池不需要植入大腦，在避免感染風險的同時，實現(xiàn)了“一次植入，終生可用”。

未來產(chǎn)業(yè)“鏈接”多個集群

孵化布局揭開更多未知

上海正在建設具有全球影響力的科創(chuàng)中心，加快未來產(chǎn)業(yè)培育。兩年前，《上海打造未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來產(chǎn)業(yè)集群行動方案》發(fā)布并提出：要加速“非侵入式”腦機接口技術(shù)、腦機融合技術(shù)、類腦芯片技術(shù)、大腦計算神經(jīng)模型等領域突破，探索腦機接口技術(shù)在肢體運動障礙、慢性意識障礙、精神疾病等醫(yī)療康復領域的應用。

毛穎教授分享腦機接口植入手術(shù)。

“可以說，腦機接口是多個領域共同的切入口?！泵f表示，“而今電極產(chǎn)業(yè)發(fā)展突飛猛進，材料學研究持續(xù)深入，腦機接口‘嫁接’了這些產(chǎn)業(yè)，它非但能解決實際問題，更對技術(shù)開發(fā)、臨床轉(zhuǎn)化，具體到研發(fā)植入材料安全性、研究信號采集有效性、算法的完善、流程的整合等一系列環(huán)節(jié)均有極大幫助?！被诖?，作為未來產(chǎn)業(yè)之一的腦機接口，成為上海三大先導產(chǎn)業(yè)——集成電路、生物醫(yī)藥、人工智能共同的交集。也即，腦機接口產(chǎn)品的電極需要集成電路技術(shù)，研制出可植入大腦的醫(yī)療器械需要生物醫(yī)藥技術(shù)，采集到的腦電信號則需要人工智能技術(shù)解碼。

上海在腦機接口領域的布局，也正持續(xù)完善。

2020年陳天橋雒芊芊研究院（TCCI）第一個腦科學前沿實驗室，在上海華山醫(yī)院虹橋院區(qū)落成投入使用。實驗室包括了腦機接口、睡眠夢境、認知評估、數(shù)字醫(yī)療等多項內(nèi)容，以國際化和產(chǎn)業(yè)化為核心特色，進一步支持腦科學研究。

今年5月，復旦大學正式批復成立了神經(jīng)調(diào)控與腦機接口研究中心。中心旨在服務神經(jīng)調(diào)控與腦機接口領域國家重大交叉融合戰(zhàn)略需求，打造神經(jīng)調(diào)控與腦機接口原理探索、顛覆性技術(shù)突破與醫(yī)療健康應用新質(zhì)生產(chǎn)力創(chuàng)新引擎。據(jù)了解，中心依托類腦智能科學與技術(shù)研究院，聯(lián)合腦科學轉(zhuǎn)化研究院、腦科學研究院、大數(shù)據(jù)學院、集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、附屬華山醫(yī)院、附屬兒科醫(yī)院7家單位共同建設。

記者從上海市科委了解到，上海積極推進腦機接口前沿技術(shù)創(chuàng)新，至今已孵化落地包括博?？?、腦虎科技、階梯醫(yī)療等創(chuàng)新型企業(yè)，分別在侵入式、半侵入式“賽道”形成產(chǎn)品。這其中，成立于2021年的博睿康醫(yī)療科技（上海）有限公司，近兩年發(fā)展迅猛、嶄露頭角。市科委相關負責人表示，此次通過腦機接口創(chuàng)新產(chǎn)品的臨床試驗，博?？低瓿闪恕皬?到1”的重要突破，這也證明“微創(chuàng)半侵入式植入”是一條安全、有效的技術(shù)路線。

博?？祫?chuàng)始人胥紅來來自清華大學，作為腦機接口鏈主企業(yè)，企業(yè)在該領域深耕，技術(shù)層面從非侵入式邁向半侵入式，產(chǎn)品層面則從腦科學研究拓展到臨床診療與康復。過去兩年，銷售和研發(fā)都取得了重大突破。

“NEO腦機接口產(chǎn)品就像一個小小的硬幣，我們在五年時間里反復迭代了近10個版本，都是在張江科學城完成的。從產(chǎn)品迭代到動物實驗，再到臨床試驗的倫理審批，將產(chǎn)品用于腦外傷引起的脊髓損傷患者，一路走來非常不容易。”此前洪波說。

臨床與產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)配合

明年將完成更多腦機接口植入

從腦機接口植入手術(shù)成功作為新起點，科學家們攜手，探索已經(jīng)起步。毛穎表示，“我們希望經(jīng)過多次磨合，能為臨床與產(chǎn)業(yè)相互協(xié)調(diào)培養(yǎng)一支非常好的隊伍。后續(xù)隨著新型腦內(nèi)植入物不斷革新，腦內(nèi)多個功能也將逐步被更好地理解?！?/p>

目前腦機接口手術(shù)康復只做了患者手和肢體運動，今后臨床還將與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，對語言解碼、語言重建、意識理解、意識恢復等多個腦功能解析打開局面、奠定基礎。臨床的目標與產(chǎn)業(yè)的目標高度契合。

洪波還透露，預計明年博睿康將開展較大規(guī)模的臨床試驗，計劃在全國約10個臨床中心完成30—50例腦機接口植入手術(shù)，爭取讓這款醫(yī)療器械早日獲批上市。而今，企業(yè)還在開發(fā)第二代產(chǎn)品，更高密度、更高通量的電極，以便覆蓋更廣泛的腦功能區(qū)，解碼精細運動和語言等。今后，相關系統(tǒng)產(chǎn)品不僅能幫助患者完成基礎的動作，比如吃飯、喝水，甚至能幫助他們進行寫字、彈琴等精細的運動控制。

未來已來，值得人類共同期待。

責編：寧靜

一審：寧靜

二審：胡澤匯

三審：張德會

來源：上觀新聞