因車禍截癱了14年的患者老楊，一直有個心愿：“我真希望，有生之年，還能親手為她倒杯水。”

如今，夢想有機會照進現(xiàn)實。2023年10月，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院與清華大學(xué)的科研團隊聯(lián)手，為老楊植入腦機接口裝置。今年2月，聯(lián)合團隊宣布，這個小裝置讓老楊成功“端”起了一杯水。

宣武醫(yī)院趙國光團隊進行腦機接口植入試驗。受訪者 供圖

在截癱患者身上令人驚喜的實踐效果，并不是腦機接口應(yīng)用的唯一案例。宣武醫(yī)院院長趙國光多年致力于腦機接口技術(shù)探索。他說，這種技術(shù)在漸凍癥、腦卒中后遺癥、抑郁癥、帕金森病等“腦網(wǎng)絡(luò)疾病”的治療和康復(fù)領(lǐng)域，勢必大有可為。

試驗

將腦機接口處理器植入顱骨

對于普通人而言，為愛人倒杯水是件不值一提的小事。但對老楊來說，卻算得上是“奢望”。

14年前，老楊因發(fā)生車禍，導(dǎo)致頸椎處脊髓完全性損傷，ASIA(世界公認的脊柱損傷分級)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。

脊椎就像大腦與肢體的主干道，神經(jīng)鏈路阻斷，“指揮部”與“部隊”就失聯(lián)了——感覺無法從指尖傳到大腦，指令也無法從大腦下達給肢體。

臥床14年，老楊幾乎已經(jīng)“認命”。直到宣武醫(yī)院和清華大學(xué)的聯(lián)合科研團隊用腦機接口技術(shù)，重新點燃了他強烈的康復(fù)欲望。去年10月，在家人的全力支持下，他決定參與無線微創(chuàng)植入腦機接口首例臨床試驗。

手術(shù)前，宣武醫(yī)院團隊先為老楊進行了詳細的評估檢查，通過一系列腦科學(xué)先進儀器設(shè)備，成功在他大腦右側(cè)找到了驅(qū)動右手“激活區(qū)域”的位置。

2023年10月24日，宣武醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生將兩枚硬幣大小的腦機接口處理器精準植入了老楊的顱骨中。

一場無聲的“對話”，在老楊的顱骨之下開始了。術(shù)后當場，團隊就成功采集到了清晰、敏感的感覺運動腦區(qū)顱內(nèi)神經(jīng)信號。如今，趙國光依然興奮地使用“漂亮”來描述這些信號的狀態(tài)。

術(shù)后10天，老楊出院回家，無聲的“對話”不間斷——腦機接口處理器精準接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號，并將信號實時傳送到電腦或者手機上，實現(xiàn)腦機接口通信。同時，為了保證“腦機對話”的私密性，團隊在電源管理中設(shè)置了認證芯片，體內(nèi)機與體外機必須完成配對，才能啟動人體內(nèi)的信號采集系統(tǒng)。

3個月康復(fù)訓(xùn)練后自主腦控喝水

經(jīng)過3個月的居家康復(fù)訓(xùn)練，老楊實現(xiàn)了自主喝水等腦控功能，抓握準確率超過了90%。宣武醫(yī)院專門召開發(fā)布會，向公眾展示了可以被稱為奇跡的一幕：老楊坐在輪椅上，右手提前佩戴上氣動手套。他集中精力在頭腦里發(fā)出“移動右手”的指令。電腦“秒懂”，隨即將意念“翻譯”成計算機語言，并將指令傳達給手套。腦電活動驅(qū)動機械設(shè)備，協(xié)助老楊右手手指協(xié)同彎曲，抓住了礦泉水瓶。

更令人驚喜的是，經(jīng)過電機刺激和康復(fù)訓(xùn)練，老楊右手的溫度和刺痛等感知水平都得到了改善，脊髓損傷的臨床評分和感覺誘發(fā)電位測量也都有了明顯提升。

突破

技術(shù)更為折中 確保安全可逆

幾乎是與中國的科研團隊同時，美國特斯拉公司首席執(zhí)行官、太空探索技術(shù)公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克也向大眾公布了腦機接口的進展——這款產(chǎn)品名為“心靈感應(yīng)”。當大腦植入設(shè)備后，只需意念就能控制手機、電腦等幾乎所有設(shè)備。

“我們的產(chǎn)品與‘心靈感應(yīng)’采用的技術(shù)路線不同。”趙國光進一步解釋，傳統(tǒng)的腦機接口分為非侵入式和侵入式兩種類型。非侵入式腦機接口不需要手術(shù)，但腦電信號要突破蛛網(wǎng)膜下腔、硬腦膜、顱骨才能表現(xiàn)出來，因此沒有那么精準。美國的“心靈感應(yīng)”是一種侵入式腦機接口設(shè)備。它將傳感器直接植入大腦表面，以獲取高質(zhì)量和精準度的腦電信號。這種方法可以直接讀取大腦神經(jīng)元活動，信號分辨率和信噪比都會比非侵入式高。“但是，這種方式也存在著較大的手術(shù)風(fēng)險和倫理問題，比如長期植入安全性等?；颊咧踩牒笮枰卺t(yī)院長期訓(xùn)練，難以回歸家庭和社會。”

中國的團隊采用的是一種獨特的半侵入式腦機接口，是一種更為折中的技術(shù)路徑。團隊將腦機接口處理器放置在患者的顱骨內(nèi)，電極的8個接觸點覆蓋在硬膜外，不直接接觸腦組織。顱骨之下、硬膜之上的設(shè)置，讓它在精準采集信號的同時，還能保證安全性和可逆性。“這種設(shè)計可使設(shè)備長期保留在患者腦內(nèi)，采集大腦皮層放電信號。就精準度而言，它的波幅、帶寬、頻率都足以滿足臨床功能。同時，為了避免瘢痕、炎癥、腫脹等人體對異物的排斥反應(yīng)，我們沒有選擇讓腦機接口侵入到腦實質(zhì)內(nèi)。”趙國光介紹，將體內(nèi)機安置在硬膜和內(nèi)含腦脊液的蛛網(wǎng)膜下腔外，還可以避免設(shè)備長期浸泡在液體環(huán)境而發(fā)生感染風(fēng)險。

體內(nèi)機體積小 無需電池驅(qū)動

此次試驗的另一大突破，在于植入顱骨的體內(nèi)機無需電池驅(qū)動。

老楊使用的腦機接口設(shè)備，體內(nèi)機由體外機通過近場無線供電，內(nèi)外之間也能無線傳輸信號。“這種設(shè)計，讓體內(nèi)機的體積更小，患者更容易適應(yīng)。同時還能滿足采樣頻率方面的要求。”趙國光說。

從2022年宣武醫(yī)院開始進行腦機接口臨床試驗起，至今已有近40例患者接受腦機接口的微創(chuàng)植入。目前，尚無受試者發(fā)生并發(fā)癥和排異反應(yīng)。趙國光說：“無線微創(chuàng)植入腦機接口的便捷性和安全性有可靠保障，讓受試患者的居家康復(fù)成了可能。”

案例

15歲患難治性癲癇女孩恢復(fù)活力

去年，宣武醫(yī)院團隊利用該技術(shù)治療的一名患者，給趙國光留下了深刻的印象?；颊咝×质且幻麃碜栽颇鲜〉?5歲少女，由于患有難治性癲癇，她的肢體、軀干頻繁發(fā)生頑固性震顫。“頻繁到什么程度呢?入院前的一年內(nèi)，她平均每月發(fā)病700多次，幾乎每個小時都在發(fā)病，毫無生活質(zhì)量可言。”

小林曾服用多種抗癲癇藥物，但治療效果并不理想。而且，她的病灶處在腦部支配肢體運動的區(qū)域，無法切除治療，否則將面臨癱瘓、終身殘疾的嚴重后果。這些現(xiàn)實，讓小林和家人一度陷入絕望。

腦機接口技術(shù)為她點亮了希望的曙光。宣武醫(yī)院團隊將含有人工智能芯片的顱內(nèi)電極植入小林腦內(nèi)。該系統(tǒng)晝夜無間斷監(jiān)測腦電節(jié)律，一旦預(yù)測到即將發(fā)生的癲癇，就立即啟動外源性干擾節(jié)律，直接阻斷癲癇形成，精準地控制環(huán)路的活動。

手術(shù)的過程非常順利，患者術(shù)后恢復(fù)良好，從外觀上看和健康女孩幾乎沒有區(qū)別。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，術(shù)前，小林最多時每月發(fā)病730次。術(shù)后第1個月，發(fā)病次數(shù)就減少到485次，第2個月發(fā)病57次。至術(shù)后第5個月，女孩的癲癇停止發(fā)作。

“完全認不出來了!”復(fù)診時，小林渾身充滿青春的朝氣，洋溢著燦爛的笑容。專家們都由衷感到驚喜。趙國光欣慰地說：“能夠幫助患者解除痛苦、回歸正常生活，這是我們每個醫(yī)務(wù)工作者最大的心愿。”

前景

未來有望幫助更多腦疾病患者

已經(jīng)取得的令人驚喜的實踐效果，并不是腦機接口技術(shù)應(yīng)用的唯一方向。截至目前，僅宣武醫(yī)院的腦機接口試驗就已經(jīng)進行了數(shù)十例，領(lǐng)域涉及多種重大腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

比如，2022年起，趙國光牽頭，由宣武醫(yī)院聯(lián)合華山醫(yī)院等9家醫(yī)院開展國內(nèi)首個腦機接口反應(yīng)式電刺激(RNS)設(shè)備的多中心、隨機對照、雙盲Ⅲ期臨床研究。RNS系統(tǒng)用于治療頑固性、藥物抵抗性、局灶性成人癲癇，旨在從源頭上預(yù)防和治療癲癇發(fā)作。

腦機接口技術(shù)在老楊和小林身上的成功應(yīng)用，給科研團隊帶來莫大鼓舞的同時，也昭示著腦機接口技術(shù)在醫(yī)療救治領(lǐng)域擁有更廣闊的前景。

趙國光說，腦機接口技術(shù)的應(yīng)用不應(yīng)局限于某種單一病種，“它在漸凍癥、腦卒中后遺癥、阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥等腦重大疾病、神經(jīng)變性疾病的治療上還有更多有待思考的應(yīng)用空間。”他認為，腦機接口技術(shù)在“腦網(wǎng)絡(luò)疾病”的醫(yī)治和康復(fù)方面，擁有目前難以預(yù)估的可能性。

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