譚羽清

全球首例非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口試驗在北京獲得成功，實驗人員在猴腦內(nèi)實現(xiàn)了介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂的技術(shù)飛躍。

和侵入式腦機(jī)接口試驗不同，在此介入式腦機(jī)接口試驗中，并不需要打開試驗猴的腦殼，只需通過在猴腦血管內(nèi)導(dǎo)入一段帶有傳感器的“細(xì)繩”，就能實現(xiàn)猴腦與機(jī)械臂的連接。

“猴子在試驗前后的身體狀況都很好，腦電傳感器目前也留在猴腦血管內(nèi)沒有取出，我們將對其做長時間的觀察，為下一步的工作做準(zhǔn)備?！痹囼灎款^團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、南開大學(xué)教授段峰表示，本次試驗的成功標(biāo)志著我國腦機(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列，對推動腦科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展具有重要意義。

段峰在采訪中告訴記者，在本次介入式腦機(jī)接口試驗中，他們僅用了不到2小時，就將形似一簇金屬細(xì)繩的腦電傳感器通過頸靜脈導(dǎo)入了猴腦血管，并順利安置在了猴腦的初級運動皮層區(qū)。介入手術(shù)完成后，試驗設(shè)備成功采集、識別、轉(zhuǎn)化了試驗猴取食的腦電信號，讓機(jī)械臂受試驗猴意識控制運動。

據(jù)悉，腦機(jī)接口是在人或動物腦（或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物）與人腦利用腦電傳感器和外圍電子設(shè)備之間建立的、不依賴于常規(guī)大腦信息輸出通路（外周神經(jīng)和肌肉組織）的一種全新通信和控制技術(shù)。

從技術(shù)角度來看，目前的腦機(jī)接口大致分為侵入式、非侵入式和介入式三大類。

侵入式腦機(jī)接口需要通過開顱手術(shù)或者鉆透顱骨將腦電傳感器植入腦內(nèi)采集信息，可能會導(dǎo)致安裝者大腦的長期炎癥，危及生命，例如在馬斯克Neuralink公司的侵入式腦機(jī)接口項目中，已有多只試驗猴死亡。

非侵入式腦機(jī)接口的腦電傳感器則為腦電帽這樣僅接觸頭皮的穿戴式設(shè)備，雖然對身體沒有傷害，但是易受大腦容積導(dǎo)體效應(yīng)的影響，信號傳遞至頭皮表面時衰減較大，易被噪聲污染，因此識別準(zhǔn)確率和實時性受限，精確度略低。

而介入式腦機(jī)接口的實現(xiàn)方式介于侵入式和非侵入式之間，可以通過微創(chuàng)手術(shù)將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，采集顱內(nèi)相應(yīng)腦區(qū)的信號。這種方式不會像侵入式腦機(jī)接口那樣創(chuàng)傷安裝者的顱骨，但接收到的腦電信號質(zhì)量高于非侵入式腦機(jī)接口。

“在前期試驗中，羊在試驗后的半年多時間里生活都很正常，最后電極（傳感器）和血管融為一體，沒出現(xiàn)大的排異反應(yīng)，所以我們才敢開展非人靈長類的試驗?！倍畏灞硎?，本次試驗的成功是基于2022年在羊身上完成的介入式腦機(jī)接口動物試驗，那次試驗驗證了介入式腦電傳感器的有效性和安全性。

但不同于本次“從羊到猴”的快速進(jìn)展，在進(jìn)行羊的介入式腦機(jī)接口試驗前，段峰團(tuán)隊經(jīng)歷了多年的研究與準(zhǔn)備。

曾經(jīng)，團(tuán)隊也做過非侵入式和侵入式腦機(jī)接口的相關(guān)試驗，包括用穿戴式腦電傳感設(shè)備控制汽車，將老鼠安裝上侵入腦機(jī)接口裝置控制其運動方向。但因為這兩種腦機(jī)接口方式有難以改善的技術(shù)缺陷，效果都不理想，“以現(xiàn)在的技術(shù)，很難通過這兩種方式將人和傳感器完全融合到一起，又保證安全有效”。

如何能直接收到顱內(nèi)信號保證腦電信息的有效，又不傷害顱骨呢？這個問題困擾著段峰團(tuán)隊，直到一種腦卒中的治療工具給了他們靈感。

在腦卒中治療領(lǐng)域，醫(yī)生在搶救缺血性腦卒中病人時，常常會使用取栓支架將患者腦內(nèi)的血栓取出，以使患者腦血管再度血流通暢，大腦不再缺血。這種介入式取栓手術(shù)已經(jīng)歷過多年發(fā)展，具有很高的安全性，為了讓醫(yī)生操縱取栓支架在患者腦血管內(nèi)“游走”時能確定其位置，取栓支架的金屬絲上會安置有十?dāng)?shù)個顯影點。

“如果我們把顯影點換成腦電信號的采樣電極點，那不就能在顱內(nèi)采集到信號了嗎？”受此啟發(fā)的段峰團(tuán)隊很快就開始了參考取栓支架相關(guān)技術(shù)，研發(fā)介入式腦機(jī)接口設(shè)備的工作。

據(jù)段峰介紹，相比于用于羊腦的腦機(jī)接口裝置，本次試驗的裝置在硬件和軟件方面都做了優(yōu)化調(diào)整，包括信號降噪、信號識別、信號轉(zhuǎn)化、傳感器尺寸等。而本次試驗證明該裝置能正確識別猴腦內(nèi)的運動信號，并輔助猴用腦電控制機(jī)械臂，實現(xiàn)了介入式腦電信號從被動采集到主動控制的技術(shù)飛躍，為介入式腦機(jī)接口研究工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

目前，腦電傳感器仍留在猴腦內(nèi)，研究人員將繼續(xù)全方位監(jiān)測試驗猴的各項生理指標(biāo)，觀察傳感器在非人靈長類動物體內(nèi)長期放置的安全性、有效性。同時，他們還會繼續(xù)優(yōu)化傳感器各方面的設(shè)計，推動項目盡早進(jìn)入人體試驗階段，為落地應(yīng)用做準(zhǔn)備。

“未來最早的應(yīng)用領(lǐng)域肯定是醫(yī)療?！倍畏灞硎?，介入式腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，一方面，可以輔助腦卒中、漸凍癥這類行動不便的患者通過大腦運動皮層的腦電信號控制外圍設(shè)備，提升生活質(zhì)量；另一方面，還可能通過實時監(jiān)測攜帶者的情緒信號，及時緩釋儲存于傳感器支架上的藥物，幫助抑郁癥、躁郁癥等精神疾病患者控制不定時發(fā)作的沖動情緒。

此外，隨著介入式腦機(jī)接口技術(shù)的成熟，它輔助治療的疾病還可能延伸至癲癇領(lǐng)域，“目前癲癇的DBS（腦深部電刺激術(shù)）治療法需要通過顱骨穿刺手術(shù)將放電裝置植入病灶區(qū)，如果介入式腦機(jī)接口傳感器能反向?qū)雽?yīng)的腦區(qū)，通過緩釋藥物、電刺激、光刺激的方式緩解癥狀，這種無需開顱的治療方式對患者來說會更加安全。”

◎ 來源|封面新聞