全球首例，不開顱讓猴子“意念”取食

　　一只猴子動動腦，

　　用“意念”就能控制機(jī)械臂，

　　將食物送到嘴邊……

　　猴子通過“意念”吃到食物 段峰團(tuán)隊(duì)提供

　　今年5月上旬，一場非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)在北京取得成功，這是全球首例同類型試驗(yàn)。 業(yè)界認(rèn)為，它標(biāo)志著我國腦機(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。???

　　此次試驗(yàn)由南開大學(xué)段峰教授團(tuán)隊(duì)牽頭，與中國人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）、上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合完成，突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等腦機(jī)接口核心技術(shù)。

　　近日，潮新聞記者采訪到段峰教授，解讀背后的故事。

　　研發(fā)新型腦機(jī)接口

　　微創(chuàng)即可采集腦電信號

　　雙手被綁住的猴子，想吃食物時大腦會產(chǎn)生伸手取食的“沖動”，于是產(chǎn)生“意念”操縱機(jī)械臂運(yùn)動，成功把食物送到了自己嘴里。

　　今年5月上旬，借助介入式腦機(jī)接口技術(shù)，南開大學(xué)段峰教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)成功完成了上述試驗(yàn)。這是全球首例非人靈長類動物“介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)”。

　　所謂腦機(jī)接口，就是大腦能用“意念”控制的外部設(shè)備。 傳統(tǒng)腦機(jī)接口分為侵入式和非侵入式兩種。侵入式設(shè)備需要開顱將傳感器植入大腦皮層；非侵入式則一般采用頭外穿戴設(shè)備采集信號。

　　與之不同，介入式腦機(jī)接口采集信號時并非無創(chuàng)，但不需要開顱，而是通過微創(chuàng)進(jìn)行。

　　團(tuán)隊(duì)研發(fā)出搭載了傳感器的血管支架，以此作為信號采集器。此次試驗(yàn)中，需要在試驗(yàn)動物，也就是猴子的頸靜脈刺個小口，通過細(xì)如發(fā)絲的靜脈導(dǎo)管，將裝有傳感器的支架送入位于大腦皮層的血管。

　　當(dāng)導(dǎo)管被移除時，血管支架會在血管壁內(nèi)擴(kuò)張，傳感器貼近血管內(nèi)壁，從而采集腦電信號。信號經(jīng)過外部電腦的解析，又變成控制命令發(fā)送給機(jī)械臂，操縱機(jī)械臂運(yùn)動。

　　“在腦血管中放置支架已經(jīng)較為成熟的手術(shù)，可以用于治療腦血栓、腦梗塞等疾病，將其應(yīng)用于腦機(jī)接口，損傷小，容易操作。”段峰表示。

　　本輪試驗(yàn)從2020年開始做準(zhǔn)備。去年6月，段峰團(tuán)隊(duì)以羊?yàn)樵囼?yàn)對象，完成了國內(nèi)首例介入式腦機(jī)接口動物試驗(yàn)，驗(yàn)證了自研傳感器的有效性、安全性。

　　剛剛完成的試驗(yàn)，則驗(yàn)證了“介入式腦電信號解析”這一新技術(shù)的成效，通過猴子用“意念”控制機(jī)械臂遞送食物到自己嘴里，實(shí)現(xiàn)了主動意圖識別對機(jī)械臂的控制。

　　試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合影 段峰團(tuán)隊(duì)供圖

　　腦接口誕生數(shù)十年

　　團(tuán)隊(duì)成果兼顧信號與安全

　　人類一直在試圖揭開大腦之謎。

　　成人大腦皮層中約有140億個神經(jīng)細(xì)胞，又稱為神經(jīng)元，它們互相連接，控制著人類的思考、運(yùn)動。當(dāng)神經(jīng)元活動時會產(chǎn)生電信號，也就是腦電波。

　　早在上世紀(jì)20年代，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了腦電波的存在，并開始研究運(yùn)動與神經(jīng)元放電關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，腦機(jī)接口概念誕生，其目標(biāo)就是讀取并利用大腦神經(jīng)元的電信號。

　　換句話說，人類對腦機(jī)接口的研究已達(dá)數(shù)十年。 2000年以后，相關(guān)技術(shù)進(jìn)展迅速。

　　美國布朗大學(xué)研究人員曾開發(fā)過一個腦機(jī)接口系統(tǒng)BrainGate。2012年，相關(guān)研究使一個癱瘓的女士在試驗(yàn)中，通過侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)控制機(jī)械臂，將一杯咖啡送到了自己嘴前。

　　真正激發(fā)公眾好奇與熱情的是2021年4月，埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink鉆透猴子顱骨，將一枚極小的電極植入猴子大腦，讓一只猴子利用“意念”，玩起了電腦乒乓游戲。

　　在國內(nèi)，1999年清華大學(xué)就已經(jīng)發(fā)表過腦機(jī)接口相關(guān)論文。2014年，段峰團(tuán)隊(duì)完成過“腦控汽車”的試驗(yàn)，通過頭戴式設(shè)備采集腦電信號，讓試驗(yàn)者意念“發(fā)號施令”，控制汽車行進(jìn)，“但腦電信號長期穩(wěn)定性差?！倍畏逭f。

　　2020年，浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)也成功完成國內(nèi)首例侵入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化。團(tuán)隊(duì)給一位72歲的高位截癱大伯植入裝置，使他能通過“意念”控制機(jī)械手臂，患者需要開顱佩戴設(shè)備……

　　與此前試驗(yàn)相比，段峰更希望找到一個識別腦電信號準(zhǔn)確、但傷害性又小的方式。最終，他選擇與神經(jīng)介入器械公司心瑋醫(yī)療聯(lián)手，采用血管支架方式，共同研發(fā)介入式腦機(jī)接口。

　　腦機(jī)接口發(fā)展歷程 段峰團(tuán)隊(duì)供圖

　　醫(yī)療健康成腦機(jī)接口應(yīng)用主場景

　　離普適性產(chǎn)品有多遠(yuǎn)？

　　大多數(shù)人對腦機(jī)接口的印象來源于科幻作品，《黑客帝國》里它將人類控制在“矩陣”中，《阿凡達(dá)》里它讓杰克擺脫輪椅，《頭號玩家》里它連通游戲與現(xiàn)實(shí)世界……

　　現(xiàn)實(shí)世界里，腦機(jī)接口在試驗(yàn)中也實(shí)現(xiàn)了“隔空取物”“隔空游戲”，除此之外，腦機(jī)接口還能帶來什么？

　　段峰認(rèn)為，目前，醫(yī)療健康將是腦機(jī)接口應(yīng)用的主要場景，比如腦卒中、抑郁癥、阿爾茲海默癥等，這其中介入式腦機(jī)接口憑借不開顱、信號質(zhì)量好，又有更好的適用場景， “比如，腦卒中患者接受救治后，可以使用介入式腦機(jī)接口進(jìn)行主動意識的康復(fù)訓(xùn)練。”

　　然而真正實(shí)現(xiàn)，還有很長的路要走。目前，腦機(jī)接口是國內(nèi)外競逐的科技熱點(diǎn)。在國外，多家企業(yè)完成腦機(jī)接口動物試驗(yàn)，其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等，然而還未誕生一款普適性產(chǎn)品。

　　備受關(guān)注的Neuralink在通過開顱植入電極，讓猴子完成“意念”玩乒乓球游戲等試驗(yàn)后，被曝23個試驗(yàn)猴中過半已死亡，公司也因涉及違反《動物福利法》被調(diào)查。

　　在介入式腦機(jī)接口領(lǐng)域，段峰表示，接下來，團(tuán)隊(duì)將朝著開展人體試驗(yàn)方向努力，希望未來產(chǎn)品最終逐漸下沉，讓普通患者可以受益于此。

　　不過，從動物到人體，難度逐級增加。據(jù)介紹，目前，前兩個階段完成試驗(yàn)的動物都狀態(tài)良好，后續(xù)團(tuán)隊(duì)還需要繼續(xù)監(jiān)測試驗(yàn)羊和試驗(yàn)猴的各項(xiàng)生理指標(biāo)，以更好評價(jià)試驗(yàn)的有效性和安全性。

　　“在臨床上，我們沒有先例，要將技術(shù)到臨床，可能還需要走較長的一段路。”段峰表示，這涉及政策支持、資金支持、法律法規(guī)建設(shè)等一系列配套建設(shè)，同時，還要推進(jìn)倫理審批工作，最終何時應(yīng)用于人體，時間上還無法確定。

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