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

如今，夢(mèng)想有機(jī)會(huì)照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。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(tuán)隊(duì)聯(lián)手，為老楊植入腦機(jī)接口裝置。今年2月，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)宣布，這個(gè)小裝置讓老楊成功“端”起了一杯水。

宣武醫(yī)院趙國(guó)光團(tuán)隊(duì)進(jìn)行腦機(jī)接口植入試驗(yàn)。受訪者 供圖

在截癱患者身上令人驚喜的實(shí)踐效果，并不是腦機(jī)接口應(yīng)用的唯一案例。宣武醫(yī)院院長(zhǎng)趙國(guó)光多年致力于腦機(jī)接口技術(shù)探索。他說(shuō)，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(shì)必大有可為。

試驗(yàn)

將腦機(jī)接口處理器植入顱骨

對(duì)于普通人而言，為愛(ài)人倒杯水是件不值一提的小事。但對(duì)老楊來(lái)說(shuō)，卻算得上是“奢望”。

14年前，老楊因發(fā)生車(chē)禍，導(dǎo)致頸椎處脊髓完全性損傷，ASIA(世界公認(rèn)的脊柱損傷分級(jí))評(píng)分為A級(jí)。這是脊髓損傷最嚴(yán)重的一級(jí)，意味著損傷部位以下的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)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(duì)”就失聯(lián)了——感覺(jué)無(wú)法從指尖傳到大腦，指令也無(wú)法從大腦下達(dá)給肢體。

臥床14年，老楊幾乎已經(jīng)“認(rèn)命”。直到宣武醫(yī)院和清華大學(xué)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)用腦機(jī)接口技術(shù)，重新點(diǎn)燃了他強(qiáng)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(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口首例臨床試驗(yàn)。

手術(shù)前，宣武醫(yī)院團(tuán)隊(duì)先為老楊進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)估檢查，通過(guò)一系列腦科學(xué)先進(jìn)儀器設(shè)備，成功在他大腦右側(cè)找到了驅(qū)動(dòng)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(jī)接口處理器精準(zhǔn)植入了老楊的顱骨中。

一場(chǎng)無(wú)聲的“對(duì)話”，在老楊的顱骨之下開(kāi)始了。術(shù)后當(dāng)場(chǎng)，團(tuán)隊(duì)就成功采集到了清晰、敏感的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)腦區(qū)顱內(nèi)神經(jīng)信號(hào)。如今，趙國(guó)光依然興奮地使用“漂亮”來(lái)描述這些信號(hào)的狀態(tài)。

術(shù)后10天，老楊出院回家，無(wú)聲的“對(duì)話”不間斷——腦機(jī)接口處理器精準(zhǔn)接收腦內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)，并將信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到電腦或者手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口通信。同時(shí)，為了保證“腦機(jī)對(duì)話”的私密性，團(tuán)隊(duì)在電源管理中設(shè)置了認(rèn)證芯片，體內(nèi)機(jī)與體外機(jī)必須完成配對(duì)，才能啟動(dòng)人體內(nèi)的信號(hào)采集系統(tǒng)。

3個(gè)月康復(fù)訓(xùn)練后自主腦控喝水

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的居家康復(fù)訓(xùn)練，老楊實(shí)現(xiàn)了自主喝水等腦控功能，抓握準(zhǔn)確率超過(guò)了90%。宣武醫(yī)院專門(mén)召開(kāi)發(fā)布會(huì)，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(dòng)手套。他集中精力在頭腦里發(fā)出“移動(dòng)右手”的指令。電腦“秒懂”，隨即將意念“翻譯”成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，并將指令傳達(dá)給手套。腦電活動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)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(guò)電機(jī)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(píng)分和感覺(jué)誘發(fā)電位測(cè)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(guó)的科研團(tuán)隊(duì)同時(shí)，美國(guó)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(jī)接口的進(jìn)展——這款產(chǎn)品名為“心靈感應(yīng)”。當(dāng)大腦植入設(shè)備后，只需意念就能控制手機(jī)、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(guó)光進(jìn)一步解釋，傳統(tǒng)的腦機(jī)接口分為非侵入式和侵入式兩種類(lèi)型。非侵入式腦機(jī)接口不需要手術(shù)，但腦電信號(hào)要突破蛛網(wǎng)膜下腔、硬腦膜、顱骨才能表現(xiàn)出來(lái)，因此沒(méi)有那么精準(zhǔn)。美國(guó)的“心靈感應(yīng)”是一種侵入式腦機(jī)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(zhǔn)度的腦電信號(hào)。這種方法可以直接讀取大腦神經(jīng)元活動(dòng)，信號(hào)分辨率和信噪比都會(huì)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(xiǎn)和倫理問(wèn)題，比如長(zhǎng)期植入安全性等?；颊咧踩牒笮枰卺t(yī)院長(zhǎng)期訓(xùn)練，難以回歸家庭和社會(huì)。”

中國(guó)的團(tuán)隊(duì)采用的是一種獨(dú)特的半侵入式腦機(jī)接口，是一種更為折中的技術(shù)路徑。團(tuán)隊(duì)將腦機(jī)接口處理器放置在患者的顱骨內(nèi)，電極的8個(gè)接觸點(diǎn)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(zhǔn)采集信號(hào)的同時(shí)，還能保證安全性和可逆性。“這種設(shè)計(jì)可使設(shè)備長(zhǎng)期保留在患者腦內(nèi)，采集大腦皮層放電信號(hào)。就精準(zhǔn)度而言，它的波幅、帶寬、頻率都足以滿足臨床功能。同時(shí)，為了避免瘢痕、炎癥、腫脹等人體對(duì)異物的排斥反應(yīng)，我們沒(méi)有選擇讓腦機(jī)接口侵入到腦實(shí)質(zhì)內(nèi)。”趙國(guó)光介紹，將體內(nèi)機(jī)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(zhǎng)期浸泡在液體環(huán)境而發(fā)生感染風(fēng)險(xiǎn)。

體內(nèi)機(jī)體積小 無(wú)需電池驅(qū)動(dòng)

此次試驗(yàn)的另一大突破，在于植入顱骨的體內(nèi)機(jī)無(wú)需電池驅(qū)動(dòng)。

老楊使用的腦機(jī)接口設(shè)備，體內(nèi)機(jī)由體外機(jī)通過(guò)近場(chǎng)無(wú)線供電，內(nèi)外之間也能無(wú)線傳輸信號(hào)。“這種設(shè)計(jì)，讓體內(nèi)機(jī)的體積更小，患者更容易適應(yīng)。同時(shí)還能滿足采樣頻率方面的要求。”趙國(guó)光說(shuō)。

從2022年宣武醫(yī)院開(kāi)始進(jìn)行腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)起，至今已有近40例患者接受腦機(jī)接口的微創(chuàng)植入。目前，尚無(wú)受試者發(fā)生并發(fā)癥和排異反應(yīng)。趙國(guó)光說(shuō)：“無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)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(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)治療的一名患者，給趙國(guó)光留下了深刻的印象?；颊咝×质且幻麃?lái)自云南省的15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(gè)小時(shí)都在發(fā)病，毫無(wú)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(yùn)動(dòng)的區(qū)域，無(wú)法切除治療，否則將面臨癱瘓、終身殘疾的嚴(yán)重后果。這些現(xiàn)實(shí)，讓小林和家人一度陷入絕望。

腦機(jī)接口技術(shù)為她點(diǎn)亮了希望的曙光。宣武醫(yī)院團(tuán)隊(duì)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(wú)間斷監(jiān)測(cè)腦電節(jié)律，一旦預(yù)測(cè)到即將發(fā)生的癲癇，就立即啟動(dòng)外源性干擾節(jié)律，直接阻斷癲癇形成，精準(zhǔn)地控制環(huán)路的活動(dòng)。

手術(shù)的過(guò)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(méi)有區(qū)別。

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

“完全認(rèn)不出來(lái)了!”復(fù)診時(shí)，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(guó)光欣慰地說(shuō)：“能夠幫助患者解除痛苦、回歸正常生活，這是我們每個(gè)醫(yī)務(wù)工作者最大的心愿。”

前景

未來(lái)有望幫助更多腦疾病患者

已經(jīng)取得的令人驚喜的實(shí)踐效果，并不是腦機(jī)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(jī)接口試驗(yàn)就已經(jīng)進(jìn)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(guó)光牽頭，由宣武醫(yī)院聯(lián)合華山醫(yī)院等9家醫(yī)院開(kāi)展國(guó)內(nèi)首個(gè)腦機(jī)接口反應(yīng)式電刺激(RNS)設(shè)備的多中心、隨機(jī)對(duì)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(jī)接口技術(shù)在老楊和小林身上的成功應(yīng)用，給科研團(tuán)隊(duì)帶來(lái)莫大鼓舞的同時(shí)，也昭示著腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療救治領(lǐng)域擁有更廣闊的前景。

趙國(guó)光說(shuō)，腦機(jī)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(rèn)為，腦機(jī)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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