近些年，國內外研究學者對腦機接口未來場景應用展開了不少探索。那些以前只在科幻電影里出現的意念打字、隔空取物等場景，說不定有朝一日能成為現實。
“腦機接口是在人或動物腦與外部設備間創建的直接連接通路，以實現腦與設備的信息交換與控制。”在2024年于成都舉辦的“科學與中國-2024創新發展論壇”上，中國科學院院士、國家神經系統疾病臨床醫學研究中心主任趙繼宗就曾圍繞“腦機接口臨床研究”這一主題，介紹了腦機接口定義、發展歷程、作用和臨床試驗相關案例。
他認為，研究腦機接口技術，就像跑一場“馬拉松”，要做好打持久戰的準備。“我們國家對于這一領域的研究，更是要發揮優勢，加強‘政、產、學、研、醫’的通力合作，而臨床神經科學理應成為腦機接口臨床轉化的主力軍。”
為神經系統疾病診治另辟蹊徑
1973年，“腦機接口”這一概念被一位計算機專家雅克·維達爾提出。進入21世紀后，隨著腦科學研究的不斷深入，以及各個國家“腦計劃”的開展，這一技術更是“突飛猛進”，并逐步開始應用于臨床試驗。
腦機接口，其實就是在大腦與外部設備之間建立起直接聯系的通信渠道。具體而言，大腦在活動時，不同的部位會發出不同的電波，而這些腦電波可以被特殊的電極裝備被收集起來，然后利用內置芯片對其進行轉化成信號，傳輸到腦外的設備上。
趙繼宗介紹，目前腦機接口有三種應用方式。現階段研究較為成熟的，是非侵入式腦機接口，即通過頭戴設備記錄解讀腦信息。此外還有侵入式和半侵入式，都需對腦部微創手術，將電極植入顱骨內、大腦皮層外。
腦機接口極具應用前景。數據顯示，當前全球超過1/3的人口都受到神經系統疾病的困擾，包括中風、嬰兒腦損傷、癡呆癥、癲癇、孤獨癥等，而這些疾病都存在著“難、惑、纏、負”的特點，即治愈困難、病因欠清、后遺癥粘纏、負擔沉重。
“而腦機接口技術，有望為這些疾病的診治另辟蹊徑，發揮替代、恢復、增強、補充腦功能的作用。”趙繼宗舉例，腦機接口可幫助偏癱患者恢復運動功能，幫助因肌萎縮側索硬化癥導致失語的患者重獲表達能力，對抑郁癥開展試驗研究等。
近些年，我國神經醫學領域的研究人員在腦機接口技術方面，也進行了不少的探索。
首都醫科大學附屬北京天壇醫院的醫生團隊曾開展脊髓損傷硬脊膜外電極刺激術，即在脊髓損傷致癱患者的脊髓損傷節段兩側，植入電刺激器，通過電刺激器發出信號促進患者行走，并取得初步臨床經驗。
“我們下一步要做的，是能讓意念指揮癱瘓患者自由行走。”趙繼宗說，將電極植入腦中，連接刺激器，通過大腦控制刺激器，實現腦-脊髓接口，使脊髓損傷截癱的患者恢復肢體運動功能，實現真正意義上的腦機接口。
在術中的喚醒麻醉過程中，腦機接口臨床研究發揮重要的作用。天壇醫院的醫生團隊在手術中喚醒病人，利用術中皮層電刺激技術，定位肢體運動、語言、視覺等大腦功能區，可保證在為患者切除腫瘤時不損傷到患者腦功能，同時獲得更精準的各腦功能區及其腦網絡。
有趣的是，研究者利用該技術，在驗證腦語言區不同語種的定位時發現，相比較英文和日語的功能區，漢語的功能區的位置更靠近視覺控制區域。趙繼宗解釋，這是因為中文為表意文字，通過圖形符號來表示語素，與視覺圖像上識別聯系較緊密，而國外的文字多為表音文字。研究者們還展開合作，針對漢字方正結構特點，探索書寫運動軌跡解碼技術，開展隱蔽漢語言通訊腦機接口系統研究。
需多學科共同努力的前沿技術
報告中，趙繼宗不斷強調，腦機接口技術尚處于臨床試驗階段，其發展、應用面臨著諸多挑戰。
“首先腦研究還有很多未知的問題，腦機接口技術的進步，有待于我們對大腦工作原理的不斷認識。”趙繼宗表示，未來腦研究要繼續探索腦神經信號的生成和傳遞過程，從而更精確地解析大腦工作原理。
技術方面，對高性能腦機接口芯片的研發也很關鍵。“即要保證電極長期安全地采集高精度的腦電信號，并降低人腦排斥反應。”趙繼宗講到。
同時，腦機接口不僅要實現“從腦到機”，即將腦信號轉換成意圖運動指令，同時還要“從機到腦”，將與外部有交互的設備所捕捉到的信息，傳遞給大腦。這樣的“雙向”腦機接口，不僅能讓患者獲得對外部環境的感知，還可以作出相應的反饋。
綜上可見，腦機接口絕不只是一個學科能單獨完成的技術，它涉及了信息科學、計算機、材料科學、腦科學、臨床醫學等多個研究領域。
趙繼宗解釋，大腦醫學機理的研究，需要神經科方面的研究者負責揭示，而腦機接口設備所運用的高效、精準的數據處理和傳輸技術，則需要計算機相關專業人士的努力。植入腦中的設備，如何具有生物相容性，極大限度地保證使用者的安全，也是一道有待材料專家攻破的難題。
同時，他也指出，國內腦機接口技術的發展，更要加強“政、產、學、研、醫”的通力合作，臨床神經科學理應成為腦機接口臨床轉化的主力軍。
除了技術難關，腦機接口治療疾病還涉及到倫理難題，包括患者的知情同意、隱私保護等，植入式腦機接口的安全性尤為重要。
趙繼宗表示，如何合理應用腦機接口技術，使患者得到的收益大于傷害，且盡力使傷害最小化，還需深入探討。
在國外，也有不少腦機接口試驗案例，但都并未完全“成熟”。例如，今年，美國企業家埃隆·馬斯克旗下的腦機公司進行了首例腦機接口人體試驗，但幾個月后，植入的一些接線就出現了脫落的情況，導致所捕獲的大腦數據量減少。
“所以腦機接口的探索一直在路上。”趙繼宗說，各個國家的研究人員都同在一條跑道上，進行著一場終點未知的馬拉松。“畢竟這是一項處于科技前沿、且有賴于多學科合作的技術。一定不能懷著‘我今年開始著手，明年發論文，后年就臨床試驗成功’的心態，要作好打持久戰的準備。”
趙繼宗院士。2024創新發展論壇主辦方供圖
本文鏈接：腦機接口研究，似一場漫長的“馬拉松”http://www.lensthegame.com/show-11-15886-0.html
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