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隨著腦科學(xué)的發(fā)展，用機(jī)器和算法來(lái)理解人類(lèi)的大腦，已不再是科幻作品中的異想天開(kāi)——上周末，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院成立了腦機(jī)接口臨床與轉(zhuǎn)化病房，這是我國(guó)首個(gè)將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于臨床的病房。而作為病房“前站”，今年3月，天壇醫(yī)院開(kāi)通了全國(guó)首個(gè)腦機(jī)接口咨詢?cè)u(píng)估門(mén)診，招募腦機(jī)接口試驗(yàn)者。門(mén)診自上線以來(lái)一直處于飽和狀態(tài)，滿懷期待的腦損傷患者從全國(guó)各地慕名而來(lái)，祈禱自己能成為那名入選的幸運(yùn)兒。

腦機(jī)接口技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在人的大腦與外部設(shè)備之間，搭建起一條傳遞信息的“高速公路”，用大腦直接控制外部設(shè)備。用意念喝水吃飯、控制家電開(kāi)關(guān)……在科學(xué)家們的暢想中，腦機(jī)接口擁有無(wú)限可能。那么，如今的腦機(jī)接口技術(shù)究竟發(fā)展到了什么程度？它是否真的能讓癱瘓人士用意念自由控制肢體？又有多少人通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)煥發(fā)生機(jī)呢？近日，北京青年報(bào)記者前往天壇醫(yī)院一探究竟。

門(mén)診百態(tài)

臥床十年無(wú)法運(yùn)動(dòng) 65歲老人難承手術(shù)之苦

全家總動(dòng)員、推著輪椅過(guò)來(lái)的老者，拄著拐杖專(zhuān)程從雄安一早搭高鐵趕來(lái)的小伙子，捏著厚厚病歷和影像資料千里奔波而至的家屬……自門(mén)診開(kāi)設(shè)以來(lái)，每個(gè)周三上午，天壇醫(yī)院腦機(jī)接口評(píng)估門(mén)診都是人滿為患。這里的患者都面臨類(lèi)似的問(wèn)題：因腦損傷導(dǎo)致的意識(shí)障礙、認(rèn)知障礙、偏癱、失語(yǔ)等。

“聽(tīng)說(shuō)天壇醫(yī)院在招募腦機(jī)接口試驗(yàn)者，哪怕只有萬(wàn)分之一的希望，我們也想來(lái)試試?！彼谢颊叨荚噲D抓住腦機(jī)接口這根“救命稻草”，但真正符合試驗(yàn)條件的卻不多。

老張因一場(chǎng)車(chē)禍癱瘓?jiān)诖舱辍Ｆ溟g，好友老嚴(yán)輾轉(zhuǎn)廣州、武漢、成都等地的多家知名醫(yī)院，想找最好的技術(shù)幫老張重新站起來(lái)，卻始終未能如愿。在社交媒體上刷到天壇醫(yī)院開(kāi)通腦機(jī)接口評(píng)估門(mén)診后，老嚴(yán)立刻決定替老張來(lái)看看。

接待老嚴(yán)的是天壇醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師楊藝。老嚴(yán)向她仔細(xì)講述了老張的病情，并打開(kāi)手機(jī)展示了老張的近況。視頻中，65歲的老張意識(shí)清醒，但已完全失去運(yùn)動(dòng)能力。一番分析研判后，楊藝認(rèn)為老張不適宜手術(shù)：“做腦機(jī)接口恢復(fù)功能是有一定限制的，患病時(shí)間不能太久。就好比一輛車(chē)，長(zhǎng)期擱置后再想順暢啟動(dòng)，難度就大大增加了。”

老嚴(yán)有些不甘：“哪怕只是通過(guò)這個(gè)技術(shù)讓他能自己動(dòng)一下手呢？這也是一種安慰啊!”

楊藝只能進(jìn)一步解釋?zhuān)壳疤靿t(yī)院主要采用半侵入式腦機(jī)接口技術(shù)，需要在腦硬膜外植入電極，“老張的身體情況可能無(wú)法承受手術(shù)之苦，還會(huì)面臨感染、排異等身體反應(yīng)，而且重建通路、恢復(fù)功能的過(guò)程需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力訓(xùn)練，對(duì)他來(lái)說(shuō)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于獲益?；蛟S以后會(huì)有更多的腦機(jī)接口終端，可以實(shí)現(xiàn)替代功能?！?/span>

腦電波特征不明顯 28歲小伙未過(guò)基礎(chǔ)測(cè)試

早上還不到8點(diǎn)，患者小彭便和母親從懷柔趕到天壇醫(yī)院。兩年前一次突發(fā)腦出血，導(dǎo)致小彭身體右半邊肢體基本喪失活動(dòng)能力，除了胳膊能抬一抬，手腕根本無(wú)法活動(dòng)，吃飯、上廁所、拿東西等基本動(dòng)作都無(wú)法完成。

小彭的母親告訴醫(yī)生，因?yàn)樯。@兩年小彭胖了六七十斤。父母帶他試過(guò)針灸、康復(fù)訓(xùn)練，效果都不明顯。這個(gè)今年剛滿28歲的小伙子，人生本該有無(wú)限可能，如今卻失去了一半的生活和社交能力，更不要說(shuō)成家立業(yè)了。這位母親邊流淚邊說(shuō)，腦機(jī)接口已成為全家目前唯一的希望。

經(jīng)過(guò)初步篩選評(píng)估后，小彭坐到一臺(tái)腦機(jī)接口電刺激治療儀前。他頭戴布滿了傳感器的腦電帽，右手手腕處的肌肉貼了幾個(gè)電極片。

“想象右手抬腕。”跟隨電腦提示音，小彭閉上眼，幾秒后屏幕上出現(xiàn)一張笑臉，表示腦電活動(dòng)識(shí)別成功——這個(gè)過(guò)程需要不斷重復(fù)，從而讓計(jì)算機(jī)分析小彭大腦想象抬腕動(dòng)作時(shí)的腦電活動(dòng)。

大約十分鐘后，小彭完成了基礎(chǔ)測(cè)試，此時(shí)計(jì)算機(jī)已能基本識(shí)別他用大腦想象抬腕動(dòng)作時(shí)的腦電波。在隨后的增強(qiáng)訓(xùn)練階段，當(dāng)小彭主動(dòng)想象抬腕動(dòng)作時(shí)，電流通過(guò)電極片刺激到他右手的肌肉，手腕出現(xiàn)了一些刺激后的抬腕反應(yīng)。這一幕讓站在一旁的母親很是激動(dòng)：“兩年了，這是他第一次‘主動(dòng)’抬起右手!”

不過(guò)，相對(duì)于腦機(jī)接口試驗(yàn)的嚴(yán)格要求，小彭的測(cè)試結(jié)果并不理想。

“這次采集的腦電波數(shù)據(jù)特征并不明顯，腦電信號(hào)微弱或注意力分散都會(huì)導(dǎo)致失敗。而且由于小彭的肌張力過(guò)高，電流刺激下抬腕反應(yīng)不算良好。”現(xiàn)場(chǎng)工作人員給出結(jié)論，意味著小彭不適合更深入的腦機(jī)接口試驗(yàn)。

醫(yī)生解惑

技術(shù)尚在臨床試驗(yàn) 嚴(yán)格測(cè)試是對(duì)患者負(fù)責(zé)

老嚴(yán)緊鎖的眉頭和小彭母親失望的淚水，藏著許多患者的困境——先進(jìn)技術(shù)雖然帶來(lái)了曙光，想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)卻困難重重。腦機(jī)接口評(píng)估門(mén)診自今年3月正式開(kāi)放以來(lái)，已有800多名患者預(yù)約評(píng)估，由于目前臨床應(yīng)用的門(mén)檻把握很?chē)?yán)格，真正符合試驗(yàn)條件的患者并不多。

對(duì)于那些落選的患者，楊藝只能反復(fù)解釋?zhuān)骸把巯履X機(jī)接口技術(shù)在臨床應(yīng)用的初級(jí)階段，我們選擇病人，就像挑選宇航員一樣，要符合嚴(yán)格的試驗(yàn)條件，身體、精力都要符合安全倫理和試驗(yàn)?zāi)_步，包括持續(xù)參與訓(xùn)練、長(zhǎng)期追蹤，這也是為了保證患者的安全和最終的療效?！?/span>

原來(lái)，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，腦機(jī)接口技術(shù)近幾年才開(kāi)始在人體試用，尚處于早期臨床試驗(yàn)階段。出于對(duì)患者安全和收益的考慮，目前腦機(jī)接口評(píng)估門(mén)診篩選試驗(yàn)者的條件近乎苛刻?；颊咝枰ㄟ^(guò)三項(xiàng)測(cè)試，才能真正進(jìn)入腦機(jī)接口試驗(yàn)。

楊藝介紹，患者需要過(guò)的第一關(guān)為初步篩選，問(wèn)卷調(diào)查涵蓋基本信息、癥狀、肌力肌張力測(cè)評(píng)、認(rèn)知心理狀態(tài)、家庭背景等。“患者須具備良好的溝通能力、專(zhuān)注力和認(rèn)知程度，并且能配合交互訓(xùn)練，例如卒中導(dǎo)致偏癱，病程一兩年且康復(fù)需求強(qiáng)烈的中青年患者，要求大腦運(yùn)動(dòng)皮層功能保存較好，尤其是卒中后未行開(kāi)顱手術(shù)干預(yù)的患者?！钡诙P(guān)是小彭參與的門(mén)診初步測(cè)試，主要通過(guò)腦電、肌電信號(hào)控制簡(jiǎn)單任務(wù)，測(cè)試靈敏度和穩(wěn)定性。第三關(guān)則是高級(jí)解碼評(píng)估，需要到實(shí)驗(yàn)室采用更加復(fù)雜的采集和分析，驗(yàn)證信號(hào)能否精準(zhǔn)控制終端設(shè)備。

不過(guò)，腦機(jī)接口評(píng)估門(mén)診剛剛傳來(lái)了一個(gè)好消息：有人成功“通關(guān)了”!這位進(jìn)入腦機(jī)接口試驗(yàn)的患者是一名50歲男性，此前因腦梗導(dǎo)致左側(cè)肢體活動(dòng)不利已有兩年多。通過(guò)重重測(cè)試后，5月19日上午，經(jīng)歷3小時(shí)手術(shù)，這名患者順利植入半侵入型腦機(jī)接口電極片，后續(xù)院方將繼續(xù)跟蹤觀察他的訓(xùn)練和功能恢復(fù)情況。

“對(duì)于不符合腦機(jī)接口試驗(yàn)條件的患者，我們也會(huì)給出其他治療方案和建議，包括脊髓電刺激、神經(jīng)松解、康復(fù)治療、藥物治療等，盡最大可能幫助患者?！睏钏囌f(shuō)。

像拐杖而非治愈術(shù) 仍然是患者眼中一束光

在門(mén)診中，楊藝遇到過(guò)無(wú)數(shù)像老張和小彭這樣對(duì)腦機(jī)接口有迫切需求的患者，他們認(rèn)為有了腦機(jī)接口，自己有一天也能像科幻電影中那樣“隨心所欲”。每到這時(shí)，楊藝都會(huì)認(rèn)真向患者解釋腦機(jī)接口技術(shù)的原理，以及發(fā)展應(yīng)用的現(xiàn)狀。

腦機(jī)接口的工作原理可以這樣通俗理解：大腦在思維活動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生腦電波，腦機(jī)接口系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別腦電波特征，直接“讀取”大腦意圖，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)人與電腦或外部設(shè)備之間的交互。

不少人覺(jué)得，現(xiàn)在腦機(jī)接口已進(jìn)入技術(shù)爆發(fā)期，對(duì)此，楊藝十分冷靜：“從發(fā)展階段上來(lái)說(shuō)，這些仍是非常初代的技術(shù)，對(duì)于臨床來(lái)說(shuō)是剛剛冒頭的一線希望。”在楊藝看來(lái)，目前的腦機(jī)接口技術(shù)更像是“拐杖”而非“治愈術(shù)”。她還舉了幾個(gè)例子：對(duì)于脊髓損傷患者，目前腦機(jī)接口可幫助患者控制外部機(jī)械臂抓取物品，但無(wú)法徹底修復(fù)損傷的神經(jīng)；對(duì)于偏癱患者，目前電刺激能輔助簡(jiǎn)單動(dòng)作，卻也難以完全恢復(fù)精細(xì)功能。

天壇醫(yī)院神經(jīng)外科學(xué)中心常務(wù)副主任、腦機(jī)接口病房主任曹勇也認(rèn)為，當(dāng)前的腦機(jī)接口技術(shù)仍處于臨床試驗(yàn)階段，需要通過(guò)志愿者參與積累病例數(shù)據(jù)、驗(yàn)證技術(shù)的安全性與有效性，在確保技術(shù)成熟后再推廣至臨床治療。

盡管困難重重，但腦機(jī)接口門(mén)診仍承載著特殊的意義。楊藝清楚地記得一位來(lái)自廣東的小伙子：“他偏癱十幾年了，獨(dú)自一個(gè)人坐飛機(jī)來(lái)北京求醫(yī)。明知希望渺茫，但一句‘技術(shù)在進(jìn)步’就能讓他堅(jiān)持下去。對(duì)患者來(lái)說(shuō)，腦機(jī)接口技術(shù)就是黑暗中照進(jìn)的一束光，我們要通過(guò)這個(gè)門(mén)診，讓患者在清醒認(rèn)識(shí)的同時(shí)保持希望不滅?！?/span>

走出門(mén)診的老嚴(yán)也沒(méi)有失望，他說(shuō)自己回去后會(huì)把醫(yī)生的話都帶給老張，“如今國(guó)家為腦機(jī)接口技術(shù)投入了大量人力物力，我想給老張傳遞這個(gè)積極信號(hào)，保持信心。對(duì)研究者來(lái)說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)的成功率可能是萬(wàn)分之一，但對(duì)患者來(lái)說(shuō)這是100%的希望?！?/span>

研發(fā)進(jìn)程

北腦一號(hào)首秀成功 天壇醫(yī)院成立臨床病房

作為“十四五”規(guī)劃綱要中重點(diǎn)發(fā)展的“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，腦機(jī)接口被譽(yù)為大腦與外部設(shè)備之間的“信息高速公路”。自2021年起，北京市已在布局腦機(jī)接口領(lǐng)域，并逐步取得進(jìn)展。

雖然腦機(jī)接口技術(shù)仍處于起步階段，但國(guó)內(nèi)各項(xiàng)研究卻在不斷取得新進(jìn)展：今年以來(lái)，作為北京科研工作者自主研發(fā)的智能腦機(jī)系統(tǒng)，“北腦一號(hào)”已在北京大學(xué)第一醫(yī)院、宣武醫(yī)院、北京天壇醫(yī)院完成了國(guó)際首批柔性高通量半侵入式無(wú)線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，3名患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)98%以上。

其中，在北大第一醫(yī)院完成手術(shù)的脊髓損傷高位截癱患者，已經(jīng)能用意念操控機(jī)械臂，并驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置激發(fā)自己手部的動(dòng)作。

在宣武醫(yī)院完成手術(shù)植入的，是一位漸凍癥導(dǎo)致的重度構(gòu)音障礙患者，術(shù)后3小時(shí)左右的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，已能解碼60多個(gè)常用詞，輸出如“我想吃飯”“請(qǐng)幫我找醫(yī)生”等短句。

在天壇醫(yī)院完成手術(shù)的腦卒中導(dǎo)致偏癱患者，術(shù)后恢復(fù)也很快，目前已能夠通過(guò)大腦內(nèi)源信號(hào)驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，患者肌力有明顯提高。

此外，今年5月17日，天壇醫(yī)院正式成立腦機(jī)接口臨床與轉(zhuǎn)化病房，將圍繞腦機(jī)接口開(kāi)展科研攻關(guān)、臨床試驗(yàn)，并推動(dòng)相關(guān)科技成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展從“科研驅(qū)動(dòng)”向“臨床牽引”邁進(jìn)。這也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于臨床的病房。

前景展望

技術(shù)需求極其旺盛 久久為功實(shí)現(xiàn)全民受益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)全身各部位外傷中，顱腦外傷的發(fā)生率居第二位，主要因交通事故、墜落、跌落等造成，但其死亡率和致殘率仍高居全身各部位損傷之首；中國(guó)卒中學(xué)會(huì)去年發(fā)布的流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，我國(guó)有卒中患者1494萬(wàn)人，每年新發(fā)卒中330萬(wàn)人，每年因卒中死亡154萬(wàn)人，卒中存活者中約有80%左右留有不同程度的殘疾……由此可見(jiàn)，加快腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的推廣，已經(jīng)成了一項(xiàng)亟待解決的重要任務(wù)。

“臨床對(duì)腦機(jī)接口的需求極為旺盛，它為解決治愈難、后遺癥多、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重的腦重大疾病治療開(kāi)辟了新路徑。不過(guò)目前大多數(shù)技術(shù)仍處于臨床試驗(yàn)階段，腦機(jī)接口距離開(kāi)展大規(guī)模臨床試驗(yàn)?zāi)酥僚R床應(yīng)用還有一段距離，需持冷靜和科學(xué)的態(tài)度，也需要加強(qiáng)‘政、產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)’的通力合作?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、國(guó)家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心主任、北京天壇醫(yī)院腦機(jī)接口轉(zhuǎn)化研究中心主任趙繼宗說(shuō)。

作為在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展腦機(jī)接口技術(shù)的科學(xué)家，趙繼宗坦言，目前我國(guó)腦機(jī)接口領(lǐng)域存在人才和設(shè)備缺口?！笆紫仁侨瞬哦倘?。目前的技術(shù)下，腦機(jī)接口設(shè)備安裝后，需要長(zhǎng)時(shí)間一對(duì)一進(jìn)行患者跟蹤、數(shù)據(jù)采集和分析，而國(guó)內(nèi)相關(guān)的腦電分析、算法開(kāi)發(fā)以及臨床結(jié)合的專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)稀缺。其次，腦接機(jī)口相關(guān)設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，基本依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)室自制，且產(chǎn)品開(kāi)發(fā)審批流程相對(duì)復(fù)雜。此外，腦機(jī)接口不單單是技術(shù)或醫(yī)療問(wèn)題，也是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題，家屬的理解、支持和配合也是關(guān)鍵?！壁w繼宗說(shuō)。

對(duì)于腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展前景，趙繼宗表示：“它是未來(lái)醫(yī)學(xué)的重要入口，希望我們能在腦機(jī)接口技術(shù)的科學(xué)性、可及性、安全性等多方面全面發(fā)力，不僅引領(lǐng)中國(guó)的腦機(jī)接口技術(shù)走向國(guó)際前沿，更要實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口從技術(shù)突破走向全民受益。不過(guò)，站在技術(shù)風(fēng)口，不可盲目擴(kuò)張，要以審慎的態(tài)度推進(jìn)創(chuàng)新、穩(wěn)扎穩(wěn)打、久久為功?！?/span>

責(zé)編：李莉芹

一審：李莉芹

二審：彭彭

三審：趙雨杉

來(lái)源：北京青年報(bào)