因车祸截瘫14年的患者老杨，一直有个心愿：亲手为爱人倒杯水。

如今，他与自己的“梦”近在咫尺。去年10月，首都医科大学宣武医院与清华大学的科研团队联手，为他植入脑机接口装置。今年2月联合团队宣布，这个仅两枚一分钱硬币大小的装置，让老杨成功端起了一杯水。

在截瘫患者身上令人惊喜的实践效果，并不是脑机接口应用的唯一案例。

多年致力于脑机接口技术探索的宣武医院院长赵国光说，其在渐冻症、卒中后遗症、抑郁症、帕金森病等“脑网络疾病”的治疗和康复领域，同样大有可为。

无声对话

“我真希望，有生之年，还能亲手为她倒一杯水。”

对于一个健康的人来说，为爱人倒杯水是件微不足道的小事。而对于老杨来说，却是14年来求而不得的夙愿。

14年前，老杨因车祸导致颈椎处脊髓完全性损伤，ASIA(世界公认的脊柱损伤分级)评分为A级。这是脊髓损伤最严重的一级，意味着损伤部位以下的运动和感觉功能完全丧失。

脊椎就像是大脑与肢体的主干道，神经链路阻断，“指挥部”与“部队”就失联了。感觉无法从指尖传到大脑，指令也无法从大脑下达给肢体。这样的伤残对患者及其家庭造成的沉重负担是可想而知的。截瘫以来，老杨的每一个“动作”，都由照料他的妻子代为实现。

卧床14年，康复进入平台期，希望的火焰渐渐在老杨心中熄灭。直到去年，宣武医院和清华大学联合科研团队用脑机接口技术重新点燃了这本已渺茫的星火之光。

去年10月，老杨住进宣武医院，满心期待着曾经前所未闻的高新科技——脑机接口技术，为他带来重生。在康复欲望的强烈驱使和家人的全力支持下，他决定参与宣武医院和清华大学联合开展的无线微创植入脑机接口首例临床试验。

术前，宣武医院团队先为他进行了详细的评估检查，通过一系列脑科学先进仪器设备，成功在大脑右侧找到了驱动右手“激活区域”的位置。10月24日，宣武医院的神经外科医生，将两枚硬币大小的脑机接口处理器精准植入了老杨的颅骨中。

一场无声的“脑机对话”，在老杨的颅骨之下展开。术后当场，团队就成功采集到了清晰、敏感的感觉运动脑区颅内神经信号。手术后10天，老杨出院回家。居家使用时，“无声的对话”未曾间断——脑机接口处理器精准接收脑内的神经信号，并将信号实时传送到电脑或者手机上，实现脑机接口通信。同时，为了保证“脑机对话”的私密性，团队在电源管理中设置了认证芯片，必须在体内机与体外机完成配对的情况下，才能启动人体内的信号采集系统，保护患者的隐私安全。

今年2月1日，宣武医院召开新闻发布会，向公众展示发生在老杨身上的“奇迹”：坐在轮椅上的老杨右手戴上气动手套，集中精力在头脑里发出“移动右手”的指令;电脑“听懂”了老杨的想法，将意念“翻译”成了计算机语言，并将指令传达给了手套;脑电活动驱动机械设备，协助老杨右手手指协同弯曲，抓住了矿泉水瓶。

赵国光公布了这项试验的可喜成果：经过3个月的居家康复训练，患者已实现自主喝水等脑控功能，抓握准确率超过90%。

更令人惊喜的是，经过电机刺激和康复训练，老杨右手的温度和刺痛等感知水平都得到了改善，脊髓损伤的临床评分和感觉诱发电位测量也都相应地有了明显提升。

端起了一杯水的老杨，距离“为爱人倒杯水”的夙愿又近了一步。

“试想一下，如果没有脑机接口技术，对于已瘫痪多年、康复处于停滞状态的患者来说，实现这样的心愿几乎是没有可能性的。”赵国光说，这样的奇迹，是患者对于改善生活质量的强烈愿望和科技的巨大进步共同创造的。

寻找平衡

几乎是与中国的科研团队同时，美国特斯拉公司首席执行官埃隆·马斯克也向大众公布了脑机接口手术成功的消息。

“昨天，第一位人类患者接受了来自‘神经连接’公司的植入手术，目前恢复良好。初步结果显示，神经元信号接收正常。”马斯克在社交平台上写道。他将首款产品命名为“心灵感应”，当大脑植入设备后，只需意念就能控制手机、电脑等“几乎所有设备”。“想象一下，斯蒂芬·霍金的沟通速度也许能比打字员或拍卖师更快。这就是我们的目标。”

“我们的产品与‘心灵感应’采用的技术路线不同。”赵国光介绍，中国团队采用的是独特的半侵入式脑机接口装置。

他解释：传统的脑机接口分为非侵入式和侵入式两种类型。非侵入式脑机接口不需要手术，通过头皮表面捕获脑电波，取得脑电信号。自上个世纪20年代以来，该技术在医疗康复、辅助通讯、游戏娱乐等民用和研究领域都获得了广泛的应用。“这种方式成本、风险、操作难度都相对较低，但缺点是脑电信号要突破蛛网膜下腔、硬脑膜、颅骨才能表现出来，因此它没有那么精准。”

美国的“心灵感应”是一种侵入式脑机接口设备。它是将传感器直接植入颅骨之下、大脑表面，以获取高质量和高精准度的脑电信号。这种方法可以直接读取大脑神经元活动，信号分辨率和信噪比都比非侵入式要高。“但是，这种方式也存在着较大的手术风险和伦理问题，比如长期植入的安全性等。患者植入后需要在医院长期训练，难以回归家庭和社会。”

与这两种脑机接口不同，中国团队采用的半侵入式脑机接口设备，选择的是一种更为折中的技术路径。颅骨之下、硬膜之上的设置，让它在精准采集信号的同时，还能保证安全性和可逆性。

赵国光介绍，为了在“避免排异”和“有效获取大脑电信号”之间寻找平衡，团队将脑机接口处理器放置在了老杨的颅骨内，电极的8个接触点覆盖在硬膜外，不直接接触脑组织

“这种设计可使设备长期保留在患者脑内，采集大脑皮层放电信号。以精准度来说，它的波幅、带宽、频率，都足以满足一切临床功能。同时，为了避免瘢痕、炎症、肿胀等人体对异物的排斥反应，我们没有选择让脑机接口设备侵入到脑实质内。”赵国光介绍，将体内机安置在硬膜和内含脑脊液的蛛网膜下腔之外，可以避免设备长期浸泡在液体环境发生感染的风险。

而本次试验的另一大突破，则在于植入颅骨的体内机无需电池驱动。

手术中，宣武医院团队在老杨的颅骨上打了一个小孔，通过线圈将设备的体内机和体外机连接在一起。体内机由体外机通过近场无线供电，内外之间也能无线传输信号。“这种设计，让体内机的体积更小，患者更容易适应，同时还能满足采样频率方面的要求。”赵国光说

“最大限度规避风险是专家团队在设计手术时的首要考量。”赵国光说，从2022年宣武医院开始进行脑机接口临床试验起，至今已有近40例患者接受脑机接口的微创植入。目前，尚无受试者发生并发症和排异反应的情况。“可以说，便捷性和安全性有可靠保障的无线微创植入脑机接口，让受试患者的居家康复成了可能。”

无限可能

在截瘫患者身上令人惊喜的实践效果，并不是脑机接口技术应用的唯一案例。截至目前，宣武医院已开展数十例脑机接口试验，领域涉及多种重大脑神经系统疾病。

比如，2022年起，由赵国光牵头，宣武医院联合华山医院等9家医院启动了国内首个脑机接口反应式电刺激(RNS)设备的多中心、随机对照、双盲Ⅲ期临床研究。RNS系统用于治疗顽固性、药物抵抗性、局灶性成人癫痫，旨在从源头上预防和治疗癫痫发作。该研究也取得了可喜的成果。

去年，宣武医院团队利用该技术治疗的一名患者，给赵国光留下了深刻的印象。患者小林是一名来自云南的15岁少女，由于患有难治性癫痫，她的肢体、躯干频繁发生顽固性震颤。“频繁到什么程度呢?入院前的一年内，她平均每月发病700多次，几乎每个小时都在发病，毫无生活质量可言。”

小林曾服用多种抗癫痫药物，但治疗效果依旧不好。同时，她的病灶处在脑部支配肢体运动的区域，因此无法通过切除病灶治疗，否则将面临瘫痪、终身残疾的严重后果。找不到治疗方法，这让女孩和家人都一度陷入绝望。

而脑机接口技术，为这名如坠永夜的女孩点亮了希望的曙光。

宣武医院团队在女孩的颅骨上打开一个小洞，在手术机器人的辅助下，将含有人工智能芯片的颅内电极植入脑内。赵国光说，该系统可以昼夜无间断监测脑电节律，一旦预测到即将发生的癫痫，就立即启动外源性干扰节律，直接阻断致痫灶内的癫痫形成，精准控制环路的活动。

手术的过程非常顺利，小林大脑皮层保留完整。术后，女孩恢复良好、没有神经功能损伤，从外观上看和健康女孩几乎没有区别，也可以正常地洗澡。这大大改善了小林的生活质量。监测数据显示，术前，小林最多时每月发病730次。术后第1个月，发病就减少到485次;第2个月发病仅57次;至术后第5个月，女孩的癫痫停止发作。

“完全认不出来了!”复诊时，女孩带着青春本该有的朝气和阳光，出现在宣武医院的医疗团队面前，专家们都感到惊喜。“能够帮助患者解除痛苦、回归正常生活，这是我们每个医务工作者最大的心愿和幸福。”赵国光坦言，这位患者治疗前后判若两人，这样巨大的反差让他感受到了难以言喻的欣慰和职业获得感。

同时，该系统的应用将以往被视为手术禁忌症的多灶或功能区癫痫的治疗变为可能。这也为药物难治性癫痫患者通过微创手术治疗开辟了新途径，带来了新希望。

脑机接口技术在患者老杨和小林身上的成功，给科研团队带来了莫大鼓舞的同时，也昭示着这项新技术未来更广阔的应用前景。

“脑机接口就像一扇‘大脑窗口’，它通过记录和解读大脑信号，实现大脑和计算机之间的直接通信。把脑内的信息传递出来，有利于协助医生有针对性地制定个性化的治疗方案，选择更精准的支持手段，帮助脑疾病患者康复。同时，利用脑机接口技术还有望实现脑机融合智能，直接拓展人脑信息处理能力。”

赵国光说，脑机接口技术应用不应局限于单一病种，“它在渐冻症、脑卒中后遗症、阿尔茨海默病、帕金森、抑郁症等脑重大疾病、神经变性疾病的治疗上还有更多有待拓展的应用空间。”

为此，他提出了“脑网络疾病”的概念，认为脑机接口技术的应用在“脑网络疾病”的医治和康复方面，拥有目前难以预估的可能性。

前沿答问

问：我国的脑机接口技术研究在世界上处于怎样的位置?前景如何?赵国光 >>

2023年是人工智能元年。主要可以归因于计算机算法方面的发现，如ChatGPT根据语言模型能形成检索与智能回答，原来需要几十年才能发现的蛋白新结构也由机器发现等。神经科学也是大数据的科学，因此从去年开始，脑机接口成为了世界科技的热点赛道。

随着世界科技发展的浪潮，我国也进入了人工智能和脑机接口探索的活跃期。不论是从工程、材料还是算法等方面，我国的科研人员都紧跟国际发展前沿。我认为在脑机接口技术领域，目前我国处于世界第一梯队。

在一些脑神经系统的重大疾病领域，我们的科研团队始终在不断探索相关的应用。比如，在我国发病率很高的脑卒中，患者往往会伴有偏瘫、肢体障碍、言语障碍等后遗症，其功能的改善和康复就可以考虑应用脑机接口技术辅助。又如在抑郁症、自闭症、创伤后应激障碍等精神性疾病的治疗方面，脑机接口也有探索的潜在可能性。

目前，心脏起搏器、人工耳蜗等设备的植入已成为医疗领域的常规应用，对于辅助患者改善功能起到重大作用。未来，通过在特定部位植入脑机接口，利用脑电信号的采集和干预，有没有可能在一定程度上使失聪的患者恢复听觉、失明的患者恢复观感，这都值得我们不断探索。这是一个非常广阔的领域。

问：脑机接口在医疗领域的应用还有哪些瓶颈？

赵国光 >>

随着科技进步，采集脑电信号已广泛应用于临床和实验中，但如何解读这些脑电信号，并翻译成计算机语言，是现阶段一个巨大“空白点”。我们所采集到的毫秒级电信号，它们犹如“天书”。想让外接设备听懂它们的指令，从而形成机械力，这都需要转成机器能听懂的编码。

此外，伦理问题也是脑机接口技术探索过程中有待深入讨论的重点。比如，患者的数据被长期采集，其隐私该如何保障。往更远处思考，随着算法的高速发展，如果未来的人工智能出现了意识，人类是否还能简单地通过给设备“断电”来处理难以应对的问题。

目前，脑机接口技术还处于临床试验的阶段，它也是一个社会性的测试，所有的案例都还只是个案。可以说，我们在做“挑战不可能”的事。挑战的是此前没有治疗方案的疾病，因此还有很多问题没有得出结论。如果有一天，我们使用该设备试验、治疗了较大样本量的患者，也就拥有了大数据去回答关于效果、安全性等一系列相关问题，从而验证新技术是否适于临床或能不能够获批上市。

为此，我们很感谢像老杨、小林这样拥有强烈康复欲望、旺盛生命力的患者，他们敢于做“第一个吃螃蟹的人”。医学新技术的探索和应用，离不开医患的共同努力。

原文刊载于《北京日报》