猶記得，2022年11月30日，腦機(jī)接口公司Neuralink創(chuàng)始人Elon Musk在“Show & Tell”技術(shù)展示活動(dòng)上，首次向外界展示了一段植入Neuralink大腦芯片的猴子，用“意念”打字、玩電子游戲的視頻。t4zesmc

Musk表示，這項(xiàng)腦機(jī)接口(BCI)技術(shù)不僅可以幫助殘疾患者恢復(fù)活動(dòng)和交流能力，還能幫助失明患者恢復(fù)視力。一時(shí)間，各行各業(yè)的人都在關(guān)注BCI技術(shù)，全球生物醫(yī)療領(lǐng)域也興起了一股腦機(jī)接口熱。在當(dāng)時(shí)Neuralink還正在向FDA申請(qǐng)人體試驗(yàn)，在2023年FDA批準(zhǔn)了該公司啟動(dòng)人體試驗(yàn)。t4zesmc

到2024年11月下旬，“植入Neuralink腦芯片的猴子用意念打字”的視頻帶給大家的震撼還歷歷在目。如今腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀如何？t4zesmc

根據(jù)麥肯錫的測(cè)算，全球腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用的潛在市場(chǎng)規(guī)模在2030年有望達(dá)到400億美元，預(yù)計(jì)到2040年，該數(shù)字將能達(dá)1450億美元，如果再加上醫(yī)療、社交、娛樂(lè)，整個(gè)市場(chǎng)的規(guī)?？蛇_(dá)到3萬(wàn)億美元左右。t4zesmc

在11月22日的“第三屆南渡江智慧醫(yī)療與康復(fù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上，國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口行業(yè)專(zhuān)家分別針對(duì)植入式/侵入式BCI在醫(yī)療器械領(lǐng)域的發(fā)展和在精神疾病中的探索及創(chuàng)新，還有非侵入式BCI在睡眠領(lǐng)域的應(yīng)用等議題做了精彩分享。t4zesmc

人工智能賦能腦機(jī)接口

可能在一些人看來(lái)，在人體(大腦、脊椎、眼球等)中植入芯片，乍看上去會(huì)令人感到害怕，但其實(shí)一些技術(shù)在臨床中已經(jīng)得到驗(yàn)證，其中最成熟的一類(lèi)應(yīng)用當(dāng)屬人工耳蝸。t4zesmc

資料顯示，早在上個(gè)世紀(jì)70年代，人工耳蝸技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)。人工耳蝸主要包括體外和體內(nèi)兩部分，體外部分負(fù)責(zé)收集聲音，把聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，體內(nèi)部分主要是陣列電極，把電信號(hào)傳遞給聽(tīng)神經(jīng)，再通過(guò)聽(tīng)神經(jīng)傳入中樞產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。t4zesmc

現(xiàn)在距Neuralink演示猴子使用意念打字的視頻已經(jīng)過(guò)去兩年整，植入式腦機(jī)接口技術(shù)也有了新的發(fā)展。深圳微靈醫(yī)療科技有限公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正高級(jí)工程師李驍健在演講中指出，腦機(jī)接口技術(shù)開(kāi)啟了意識(shí)與AI融合的新紀(jì)元。t4zesmc

美國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究已經(jīng)超過(guò)二十年。早期通過(guò)植入大腦的電極板和外部的大型設(shè)備來(lái)讀取和利用大腦信號(hào)，這是腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，這些設(shè)備已經(jīng)變得更加小型化和高效。t4zesmc

當(dāng)前的腦機(jī)接口技術(shù)主要有兩大方向。第一大方向是穿戴式腦機(jī)接口(非侵入式)，第二大方向是植入式腦機(jī)接口(侵入式)。以上方向主要根據(jù)信號(hào)采集方式來(lái)劃分。植入式/侵入式腦機(jī)接口指的是在大腦中植入芯片、電極，人腦中有上千億個(gè)神經(jīng)元，植入電極可精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)到單個(gè)神經(jīng)元的放電活動(dòng)。t4zesmc

由于顱骨、頭皮及毛發(fā)等的干擾，越靠近表層的腦電信號(hào)的噪聲就越大，而越靠近顱內(nèi)的腦電信號(hào)具有更高的準(zhǔn)確性和有效性。因此，植入式腦機(jī)接口又可分為兩個(gè)路徑：t4zesmc

·簡(jiǎn)單活動(dòng)中的神經(jīng)信號(hào)采集

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植入大腦皮層的路徑，將皮層電圖(ECoG)電極陣列植入在大腦皮層表面。這些電極直接位于大腦皮層上，能夠記錄大腦表面的電活動(dòng)。因?yàn)闊o(wú)需穿透大腦的深層結(jié)構(gòu)，所以此類(lèi)植入通常涉及較少的侵入性。它主要基于皮層腦電圖進(jìn)行信息分析，信號(hào)強(qiáng)度及分辨率弱于植入顱內(nèi)的類(lèi)型，但可降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和免疫反應(yīng)。t4zesmc

這類(lèi)腦機(jī)接口技術(shù)的代表性企業(yè)包括微靈醫(yī)療、Precision Neuroscience等，后者是一家專(zhuān)注于BCI技術(shù)的公司，其“第7層大腦皮層”腦機(jī)接口獲得了FDA的“突破性醫(yī)療器械”認(rèn)定。t4zesmc

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根據(jù)李驍健的介紹，微靈醫(yī)療的μECoG電極Cortex-0是一種安全高效的植入方案，在新西蘭兔腦內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，成功記錄到了運(yùn)動(dòng)特異性的神經(jīng)活動(dòng)，其信號(hào)采集非常清晰。目前，該方案已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)，適用于簡(jiǎn)單活動(dòng)中的神經(jīng)信號(hào)采集。為此，微靈醫(yī)療自主研發(fā)了匹配電極的芯片，并推出了便攜式產(chǎn)品，適用于癲癇術(shù)前檢測(cè)，允許患者自由活動(dòng)。t4zesmc

此外，李驍健還透露了WeLinking I型樣機(jī)的進(jìn)展。目前，樣機(jī)處于臨床前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，公司已經(jīng)基本完成了腦機(jī)接口全棧的基礎(chǔ)硬件和軟件系統(tǒng)研發(fā)，并在2023年完成了近億元的兩輪融資，預(yù)計(jì)將于明年上半年臨床試用。t4zesmc

·在帕金森、神經(jīng)系統(tǒng)疾病領(lǐng)域的應(yīng)用

另一個(gè)路徑是將電極植入顱內(nèi)，可以穿過(guò)大腦皮層，直接與大腦深部的神經(jīng)結(jié)構(gòu)相互作用。該技術(shù)可以用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、恢復(fù)感官功能或控制外部設(shè)備，比如主要用于治療帕金森病和其他運(yùn)動(dòng)障礙疾病。其代表企業(yè)有Neuralink、Blackrock、Paradromics等。t4zesmc

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Neuralink的植入式腦機(jī)接口能實(shí)現(xiàn)的功能，還包括語(yǔ)音重建和機(jī)械臂控制等，這代表了腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用潛力。在演示視頻中，植入腦芯片的受試者通過(guò)腦學(xué)習(xí)，將采集到的神經(jīng)信號(hào)融合AI技術(shù)最終來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音重建。而在Neuralink最新公布的臨床實(shí)驗(yàn)中，一位癱瘓的志愿者通過(guò)在大腦皮層植入芯片，實(shí)現(xiàn)了用思維控制下象棋。t4zesmc

一些研究團(tuán)隊(duì)和公司正在開(kāi)發(fā)可植入顱內(nèi)的新型腦機(jī)接口，這些接口能夠與大腦深層結(jié)構(gòu)通信，用于各種應(yīng)用，包括改善記憶、恢復(fù)視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)功能等。但由于所使用的電極數(shù)量和壽命有限，把電極植入顱內(nèi)存在一定危險(xiǎn)性，可能會(huì)損傷大腦神經(jīng)元，也有感染的風(fēng)險(xiǎn)。t4zesmc

景昱醫(yī)療科技(蘇州)股份有限公司董事、CFO、董事會(huì)秘書(shū)耿東則介紹了腦機(jī)接口在深腦刺激(DBS)領(lǐng)域的應(yīng)用。據(jù)介紹，DBS是一種神經(jīng)調(diào)節(jié)治療手段，主要用于治療特定的神經(jīng)疾病，尤其是運(yùn)動(dòng)障礙疾病，如帕金森病、原發(fā)性震顫和肌張力障礙等。t4zesmc

DBS的工作原理是通過(guò)手術(shù)將電極植入大腦的特定區(qū)域，這些電極連接到植入在患者胸部的脈沖發(fā)生器(類(lèi)似于心臟起搏器)。脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)送電脈沖到大腦中的目標(biāo)區(qū)域，調(diào)節(jié)異常的神經(jīng)活動(dòng)，從而減輕癥狀。t4zesmc

耿樂(lè)評(píng)價(jià)說(shuō)，帕金森的治療DBS已經(jīng)非常成熟。目前，景昱醫(yī)療針對(duì)帕金森正在開(kāi)發(fā)第二代腦機(jī)接口DBS產(chǎn)品，較之前一代產(chǎn)品，新一代的調(diào)控更加精準(zhǔn)，體積更小，更便攜?；颊咧踩氲诙a(chǎn)品后，醫(yī)生可以幫助患者遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)參數(shù)，以此來(lái)達(dá)到最佳治療狀態(tài)。t4zesmc

不過(guò)，在中國(guó)，帕金森病人的植入式腦機(jī)接口DBS普及率并不高。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)帕金森病人超過(guò)380萬(wàn)，但植入式腦機(jī)接口DBS年植入量不足一萬(wàn)臺(tái)，意味著該市場(chǎng)還很大的發(fā)展空間。t4zesmc

DBS是一種相對(duì)較新的技術(shù)，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始應(yīng)用于臨床治療。隨著技術(shù)的進(jìn)步，DBS的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，除了治療帕金森之外，還有望應(yīng)用于治療抑郁癥、癲癇和強(qiáng)迫癥等疾病中。t4zesmc

耿樂(lè)指出，臨床實(shí)驗(yàn)患者的成癮伴隨著抑郁、焦慮負(fù)面情緒，不同患者在開(kāi)機(jī)3-6個(gè)月之后，就會(huì)出現(xiàn)明顯的效果。此外，DBS在戒毒、治療強(qiáng)迫癥等臨床實(shí)驗(yàn)中也取得了突出成績(jī)。t4zesmc

非侵入式腦機(jī)接口在睡眠領(lǐng)域的應(yīng)用

非侵入式則無(wú)需通過(guò)侵入大腦，通過(guò)穿戴設(shè)備采集腦電信號(hào)，但非侵入式所獲取的信號(hào)精度弱于侵入式。t4zesmc

浙江柔靈科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、首席運(yùn)營(yíng)官陳涵介紹了非侵入式腦機(jī)接口可穿戴設(shè)備在睡眠領(lǐng)域的應(yīng)用。該公司有兩款產(chǎn)品：第一款是基于腦電設(shè)備的睡眠檢測(cè)；第二款是基于手勢(shì)識(shí)別的神經(jīng)手環(huán)，應(yīng)用場(chǎng)景是睡眠領(lǐng)域。t4zesmc

柔靈科技的設(shè)備采用特殊納米粒子配方，提高了生物相容性材料的柔韌性和導(dǎo)電性。相比醫(yī)院常用的多導(dǎo)睡眠儀，其設(shè)備更加輕便舒適，減少了患者的不適。陳涵介紹說(shuō)，這一創(chuàng)新產(chǎn)品受到了骨科、心腦血管科等多個(gè)科室的廣泛關(guān)注，有助于進(jìn)行更精確的量化評(píng)價(jià)。t4zesmc

目前，醫(yī)生可以利用柔靈科技的設(shè)備，在傳統(tǒng)8小時(shí)工作時(shí)間之外收集睡眠數(shù)據(jù)，提高醫(yī)院的診療效率。據(jù)悉，該公司的多導(dǎo)睡眠圖與現(xiàn)有設(shè)備的一致性達(dá)到90%，且已通過(guò)專(zhuān)家共識(shí)和發(fā)表文章得到認(rèn)可。此外，柔靈科技還結(jié)合IoT設(shè)備，通過(guò)調(diào)整睡眠環(huán)境來(lái)提升睡眠質(zhì)量，以及利用腦電波數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)。目前，柔靈科技正與宣武醫(yī)院、華西醫(yī)院等開(kāi)展臨床合作，并在多家三甲醫(yī)院推廣。t4zesmc

小結(jié)：

隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，我們不僅看到了它在臨床治療領(lǐng)域的巨大潛力，也預(yù)見(jiàn)到了其在日常生活中更廣泛的應(yīng)用前景。未來(lái)，這些創(chuàng)新技術(shù)將如何更好地服務(wù)于患者，提升他們的生活質(zhì)量，以及如何推動(dòng)人機(jī)交互的邊界，值得我們持續(xù)關(guān)注和深入研究。t4zesmc

同時(shí)，隨著技術(shù)的普及和成本的降低，腦機(jī)接口設(shè)備將更加親民，為更多人帶來(lái)便利。期待在科研人員、企業(yè)和社會(huì)各界的共同努力下，腦機(jī)接口技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加安全、高效和廣泛的應(yīng)用。t4zesmc