曾經(jīng)科幻片里的內(nèi)容，正在成為現(xiàn)實：裝載腦機(jī)接口系統(tǒng)后，癱瘓青年可通過“意念”操控機(jī)械臂抓握水杯，漸凍癥患者具備了簡單語言交流能力，癱瘓中年教師獲得腦控精細(xì)運動能力，有望重新彈奏鋼琴。

給這些患者帶來福音的是“北腦一號”智能腦機(jī)系統(tǒng)?！氨蹦X一號”是由北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司（以下簡稱芯智達(dá)）聯(lián)合北京腦科學(xué)與類腦研究所（以下簡稱“北京腦所”）推出的半侵入式智能腦機(jī)系統(tǒng)。

今年3月20日，北京腦所宣布，“北腦一號”智能腦機(jī)系統(tǒng)已完成國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，進(jìn)入臨床驗證階段。目前，已有3例患者分別在北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院完成手術(shù)植入，患者術(shù)后恢復(fù)良好，并經(jīng)過術(shù)后訓(xùn)練實現(xiàn)了運動想象腦控和中文言語實時解碼。

未來腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展趨勢如何？需要解決怎樣的技術(shù)難點？如何應(yīng)對倫理挑戰(zhàn)？3月31日，中關(guān)村論壇年會“腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用論壇”召開。新京報記者專訪了北京腦所所長羅敏敏。

北京腦所所長羅敏敏。受訪者供圖

腦機(jī)接口醫(yī)療，為癱瘓者帶來康復(fù)希望

新京報：“北腦一號”已有3例臨床應(yīng)用，目前表現(xiàn)如何？

羅敏敏：第一例患者是一位因車禍?zhǔn)軅笏闹c瘓近兩年的30歲青年。今年2月27日，北京大學(xué)第一醫(yī)院伊志強(qiáng)團(tuán)隊為他植入“北腦一號”后，他便可以通過腦控實現(xiàn)機(jī)械臂運動抓握水杯。

第二例患者是一位67歲的漸凍癥患者，此前幾乎不能說話。今年3月5日，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院為患者實施了全球首例無線植入式中文言語腦機(jī)接口手術(shù)。植入“北腦一號”后，患者開始接受言語解碼訓(xùn)練，現(xiàn)在已可以通過機(jī)器輸出語言的輔助，具備簡單的語言交流能力。

第三例患者是一位47歲的癱瘓患者。今年3月20日，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科學(xué)系教授趙繼宗醫(yī)療團(tuán)隊為其植入了“北腦一號”?；颊吣壳澳軌蝌?qū)動肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運動功能逐漸康復(fù)。

目前來看，“北腦一號”完成人體植入后，患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)（通道數(shù)，即大腦內(nèi)信號的記錄點位數(shù)量）98%以上。

新京報：相比傳統(tǒng)康復(fù)治療，腦機(jī)接口醫(yī)療技術(shù)的優(yōu)勢是什么？

羅敏敏：對于很多患者而言，傳統(tǒng)康復(fù)治療存在一些局限性，即使經(jīng)過長期的康復(fù)訓(xùn)練，許多患者的運動能力也難以恢復(fù)。而腦機(jī)接口技術(shù)的出現(xiàn)，為這些患者帶來了更多康復(fù)的希望。人的大腦在進(jìn)行思維活動時會形成腦電波，醫(yī)療人員通過植入電極，便能直接讀取大腦的意圖，實現(xiàn)所謂的“意念”控制。這樣，腦機(jī)接口系統(tǒng)能幫助患者繞過受損的神經(jīng)通路，直接用“意念”控制肢體，進(jìn)一步恢復(fù)自主運動能力。

“北腦一號”擁有128通道，實現(xiàn)了全球同類腦機(jī)產(chǎn)品的最大信號通量，信號采集精度、信號傳輸和處理性能均處在世界先進(jìn)水平。這套系統(tǒng)通過微型體內(nèi)機(jī)、便攜式體外機(jī)和軟件算法，可以為脊髓損傷、腦卒中、肌萎縮側(cè)索硬化癥（漸凍癥）等運動和言語功能障礙患者帶來康復(fù)的希望。

應(yīng)對倫理挑戰(zhàn)，應(yīng)讓人類獲益大于風(fēng)險

新京報：腦機(jī)接口技術(shù)面臨的主要難點是什么？

羅敏敏：我們需要解決的核心技術(shù)問題，就是電極要和生物組織具有良好的生物相容性。我們知道，電子材料是比較堅硬的，而人腦內(nèi)的生物組織比較柔軟。將生物芯片植入人腦后，很容易引起生物排斥，化解這種排斥并提高相容性，是主要難點之一。另外，我們?yōu)榱擞涗浉嗟臄?shù)據(jù)、獲得更高的解碼質(zhì)量，就需要更多的通道。然而，更多的通道也意味著對機(jī)器設(shè)備的通訊和能耗提出更高的要求。我們需要同時控制能耗、保障信號采集質(zhì)量，還要控制住溫升，這就需要高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)集成能力。

再者就是解碼的難題。當(dāng)我們采集到患者的電生理信號后，需要快速解碼患者的意圖。這需要機(jī)器一方面能夠采集大量數(shù)據(jù)，另一方面還能快速分析、得出結(jié)果。實際應(yīng)用中，機(jī)器需要在幾十毫秒之內(nèi)解碼出患者想要表達(dá)的內(nèi)容，這對計算和算法的挑戰(zhàn)很大。

新京報：未來技術(shù)會讓人腦像科幻片里一樣無所不能嗎？

羅敏敏：很多網(wǎng)友也說，會不會將來人就不用學(xué)習(xí)了，每人腦子里植入芯片就行了。但我認(rèn)為，在短期內(nèi)，技術(shù)還達(dá)不到這種可能性?，F(xiàn)有腦機(jī)接口技術(shù)主要分為“非侵入式”和“侵入式”兩種。“非侵入式”技術(shù)只能讀取頭皮表面的宏觀電活動，分辨率低，而“侵入式”技術(shù)雖然精度高，但覆蓋范圍又比較小。相較人腦產(chǎn)生的海量信號來說，這兩種技術(shù)能捕捉到的神經(jīng)信號都很有限。另外，腦機(jī)接口不是裝上就能使用的，還需要用戶長期訓(xùn)練才能實現(xiàn)穩(wěn)定操作。

人類發(fā)展腦機(jī)接口技術(shù)，是用來真正幫助到有需要的人。目前世界上還有幾百萬高位截癱患者、上千萬言語障礙患者，能用技術(shù)幫助他們實現(xiàn)康復(fù)，才是真正的“技術(shù)向善”。

新京報：腦機(jī)接口技術(shù)是否有倫理挑戰(zhàn)？如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)？

羅敏敏：腦機(jī)接口技術(shù)和其他新興的醫(yī)療技術(shù)一樣，面臨的倫理挑戰(zhàn)在于，是否具有安全性和有效性。我認(rèn)為在發(fā)展新技術(shù)的過程中，需要評估使用該技術(shù)所獲得的收益以及相應(yīng)風(fēng)險。如果人類的獲益大于風(fēng)險，那么技術(shù)的使用就是正當(dāng)?shù)摹?/p>

技術(shù)趨勢，讓人機(jī)溝通更加精準(zhǔn)和自然

新京報：“北腦一號”已經(jīng)有3例臨床應(yīng)用，將來有怎樣的打算？

羅敏敏：接下來，“北腦一號”還將繼續(xù)優(yōu)化，最快在今年年底，有望通過申報，正式走入注冊臨床試驗階段。另外，解碼是一個非常需要在短期之內(nèi)提高的方向，怎么和更多的外部設(shè)備連起來，讓患者可以在手機(jī)上玩點游戲，控制一些外設(shè)，利用外骨骼、外部的機(jī)械手做非常精細(xì)的運動控制，這都是短期之內(nèi)就要提高、實現(xiàn)的。我們希望有新一代“北腦一號”2.0版本，有更多的通道數(shù)、更多腦區(qū)的采集、更好的行為解碼，從而讓機(jī)器更加智能。

同時，“北腦二號”的研發(fā)也在持續(xù)開展?！氨蹦X二號”的核心組件包括自研高通量柔性微絲電極、千通道高速神經(jīng)電信號采集設(shè)備、基于前饋控制的生成式神經(jīng)解碼。2024年，“北腦二號”在國際上首次實現(xiàn)非人靈長類對二維運動目標(biāo)的腦控攔截。今年這套設(shè)備有望升級為“無線版”，制作原型機(jī)并開展大動物實驗。再過一兩年時間，“北腦二號”有望進(jìn)入人體臨床階段。

新京報：整體上看，你認(rèn)為腦機(jī)接口技術(shù)有怎樣的發(fā)展趨勢？

羅敏敏：未來，腦機(jī)接口系統(tǒng)應(yīng)該是高通量，現(xiàn)在我們的腦機(jī)接口系統(tǒng)是百通道數(shù)，將來會邁向數(shù)千、數(shù)萬甚至更多的通道數(shù)。另外，整個系統(tǒng)將是多模態(tài)融合發(fā)展趨勢。電極能兼容電、光、聲、磁等多種信號類型的傳感器，從而實現(xiàn)不同傳感器之間的高效同步。在解碼方面，未來的腦機(jī)接口系統(tǒng)將更好地借助AI等前沿技術(shù)，對超高通量多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析與精準(zhǔn)解碼，能深度解析復(fù)雜大腦活動。

未來由AI增強(qiáng)的閉環(huán)腦機(jī)接口，將會讓機(jī)器與用戶的溝通變得更為精準(zhǔn)、自然。隨著技術(shù)臻于成熟，應(yīng)用場景也會擴(kuò)大?，F(xiàn)階段的腦機(jī)接口應(yīng)用場景局限在特定的使用場地中，而且還需要專業(yè)的操作人員指導(dǎo)使用機(jī)器，這讓人使用起來很不方便。未來，機(jī)器設(shè)備的形態(tài)應(yīng)是便攜化、易操作、高舒適度，患者使用腦機(jī)接口系統(tǒng)就像穿衣服一樣簡單。

新京報：發(fā)展腦機(jī)接口技術(shù)，北京有怎樣的優(yōu)勢？

羅敏敏：北京的科研機(jī)構(gòu)比較多，匯聚了全國頂尖的科研機(jī)構(gòu)與人才資源，有很多高校院所長期深耕神經(jīng)科學(xué)、人工智能、材料科學(xué)等交叉領(lǐng)域，這有利于科研合作。另外，北京的產(chǎn)業(yè)協(xié)同性、政策環(huán)境也比較好。例如，我們在政府部門支持下，聯(lián)合天壇醫(yī)院、宣武醫(yī)院、北大醫(yī)院等單位開展多項臨床研究，加速了技術(shù)從實驗室走向應(yīng)用的進(jìn)程。

新京報記者 趙利新

編輯 張磊 校對 劉越