科幻電影里有關腦機接口的想象正在照進現實。

　　10多年前，《阿凡達》展示這樣一幅場景：進入睡眠艙的人類戰士，可以通過計算機技術讀取意識，并將意識轉移到克隆人的身體之中，利用后者進行行動。不少人從中見識到腦機接口的魅力。如今，人腦與機器大腦進行“感應對話”的技術已來到人們身邊。

　　日前，中國科研團隊宣布全球首例無線微創腦機接口臨床試驗成功：清華大學醫學院教授洪波團隊設計研發了無線微創植入腦機接口NEO技術；首都醫科大學宣武醫院院長趙國光、主任醫師單永治團隊，與清華大學在2023年10月24日合作進行了首例臨床植入試驗。手術后，一位四肢癱瘓14年的患者在接受居家腦機接口康復訓練后，實現了自主喝水等腦控動作。

　　腦機接口是通過記錄和解讀大腦信號，實現大腦和計算機之間的直接通信。“要實現真正的‘讀心術’還有很長的路要走。假設這是一本100頁的未知之書，目前我們只是翻開了第一頁。”洪波說。

　　與馬斯克不同的腦機接口方案

　　1月29日，美國特斯拉公司首席執行官、太空探索技術公司首席執行官埃隆·馬斯克宣布腦機接口“手術成功”的新聞也引發國內外關注。

　　馬斯克在社交平臺上寫道：“昨天(1月28日)，第一位人類患者接受了來自‘神經連接’公司的植入手術，目前恢復良好。初步結果顯示，神經元尖峰檢測很有前景。”馬斯克將第一個產品命名為“心靈感應”，當大腦植入設備后，只需意念就能控制手機、電腦等“幾乎所有設備”。“想象一下，斯蒂芬·霍金的溝通速度也許能比打字員或拍賣師更快。這就是我們的目標。”馬斯克說。

　　“馬斯克團隊是一個非常令人尊敬的團隊。(中外)兩個團隊研發腦機接口的技術路線不一樣。”洪波說。

　　據他介紹，清華團隊所采用的無線微創植入腦機接口NEO技術，是將電極放在大腦硬膜外，不會破壞神經組織，通過體內機和體外機耦合完成信號的輸入與輸出。馬斯克團隊采用的是全侵入式腦機接口方式。

　　大腦的信號從內到外可以分成3個層次：神經細胞放電，顱內腦電，借用腦電帽采集到的頭皮外腦電波。洪波打了一個比方：假設一個屋子里坐著10個人，每個人代表著一個神經細胞，要接收神經細胞的信息可以通過“麥克風”獲取，馬斯克團隊的產品相當于在每個人的面前放置了一個麥克風，“收音”效果好但存在“占地面積”大、耗能高等問題；借用腦電帽采集的頭皮外腦電波方案，則是將麥克風放置在門外，那么接收到的信號就會很模糊，受到很多噪聲干擾。

　　“我們的方案是把電極放在腦膜外部，介于兩種方案之中，相當于把麥克風貼在門里獲取信息。”洪波說。

　　在宣武醫院，院長趙國光向中青報·中青網記者展示了目前市面上幾種主要的腦機接口產品。其中，“頭皮腦電”為非植入式腦機接口，臨床優點是無創，但敏感性和解剖空間定位較弱；“顱內皮層電極”將電極置入顱骨下大腦表面，常用于癲癇患者的大腦皮層；“猶他電極陣列”將電極深入腦內，主要用于治療語言、運動的損傷，但弊端在于，患者需要長期在醫院訓練，無法在短時間內回歸家庭。

　　相較于市面上的主要方案，趙國光表示，目前團隊所采用的無線微創植入腦機接口NEO在植入上既滿足了技術敏感性，又不會對腦組織造成損傷，還可以長期放置，其采集到信號的波幅、帶寬、頻率等能夠滿足目前臨床的需求。

　　在手術臺上，醫生只需進行“在顱骨中裝入電極”等微創手術，人腦與電腦“對話”的基礎性設備便可完成。

　　洪波打了一個形象的比喻：如果把大腦比作一個熟雞蛋，剝開雞蛋殼之后，還有一層白色的保護膜，相當于大腦的硬腦膜，可以保護大腦環境不受外界干擾，細胞不受損傷。把電極放在硬腦膜上，將329個零件放在硬幣大小的鈦殼之中。兩枚硬幣大小的腦機接口植入高位截癱患者顱骨中，采集感覺運動腦區神經信號，實現手部抓握動作的解碼。

　　“半侵入式方案置于腦洞之外，不會對腦細胞產生損傷，也不存在感染、免疫排斥等風險。”洪波介紹，相比較而言，馬斯克團隊所采用的全侵入式腦機接口，在接入大腦皮層后，每一次使用需要接上數據插頭，進行消毒操作。此類臨床試驗為了避免感染風險，目前需要患者永久在醫院進行治療和觀察。

　　“從技術上來講，不同的路徑均可以實現腦機接口的目標，但應用場景和優劣勢不同，并沒有高低之分。”洪波說。

　　實現自主喝水的14年癱瘓者

　　“我們挑戰的不是一般疾病，是人類目前沒有解決方案的部分疾病。”趙國光說，要在人身上裝上腦機接口，難點在于能采集到信號，還要讓信號“解碼”語言、運動、意識。他說：“這是挑戰不可能。”

　　從某種程度上說，54歲的四肢癱瘓患者老楊是第一個“成功吃螃蟹的人”。

　　在長達14年的時間里，老楊因為車禍導致四肢癱瘓，運動能力完全缺失，手部完全癱瘓。

　　專家評估了老楊的病因及診斷情況，在征求家屬和老楊的同意后，啟動了一項“腦機對話”的新技術。“老楊希望在新技術的支持下，恢復右手的能力，完成喝水、吃飯，甚至寫字等動作。”趙國光說，患者對恢復健康的強烈欲望支撐著患者的康復訓練，也推動醫護團隊的臨床試驗的開展。

　　一只氣動手套，套在老楊手上，從大腦右側感覺運動區的電極獲取信號得知，老楊想移動右手。電腦“讀懂”老楊的想法后，解碼完成，指令傳達到氣動手套，協助老楊右手手指協同彎曲，抓住了礦泉水瓶。解碼算法采用了可解釋的機器學習技術，由洪波團隊完成。

　　在這一場“無聲”的腦機對話里，老楊的顱骨內埋有體內機，電極覆蓋在硬膜外。體外機隔著頭皮給體內機供電，并接收腦內的神經信號，傳送到電腦或者手機上，借助解碼算法實現腦機接口通信。

　　實際操作時，洪波和趙國光團隊首先采用功能磁共振成像技術，完成運動感覺腦區定位，精準捕捉右手想要運動時的大腦激活區信號，再根據捕捉的位置精準設計電極植入的接觸點。一般情況下，人腦“指揮部”能夠直接調集身體各“連隊”，而對脊髓損傷患者來說，“中間的道路阻斷了，‘指揮部’喊出口號，我們要通過技術打通阻斷的部分，接上信號”。

　　趙國光解釋，從動物實驗到臨床，要保證這套系統能采集到信號，且信號“漂亮、敏感、無干擾”，才能夠高效地接收并傳達人腦的指令。

　　洪波介紹，為了保證“腦機對話”的私密性，團隊在電源管理中設置了認證芯片，必須體內與體外機完成配對，才能啟動人體內的信號采集系統，保護患者的隱私安全。植入顱骨的體內機無需電池，患者可以終身使用，手術10天后可出院回家。

　　在這場“腦機對話”中，電腦可以做到立即感應。洪波解釋，經過測試，需要250毫秒甚至更短時間，電腦會快速“讀懂”患者的想法，判斷是抓握、保持還是松開，實現精準解讀。在與電腦“對話”時，人腦并不需要依靠強大的意念或重復思考去傳達信息。

　　“如今，自主喝橙汁、喝茶對老楊來說已經是一件很輕松的事情。”洪波說，在長達14年的時間里，患者都無法自行喝水吃飯，“這對他來說，是一個質的變化”。

　　經過3個月的居家腦機接口康復訓練，老楊可以通過腦電活動驅動氣動手套，抓握解碼準確率超過90%。

　　洪波曾帶領團隊開展了3年的動物實驗。在豬的身上安裝電機和體內機后，經過1000多天測試，驗證儀器對豬腦膜以下的神經組織不會造成損傷，還可以穩定采集豬大腦中傳遞的神經信號。直到無線微創腦機接口的臨床試驗在上海市藥品監督管理局備案，并于2023年5月在宣武醫院通過倫理審查，他們才開始在人體上進行小規模的臨床試驗。

　　在宣武醫院的中國國際神經科學研究所類腦智能臨床轉化研究中心，設置了脊髓損傷患者的評定區域、日常康復訓練區域、腦機接口訓練區域等。宣武醫院副教授王長明介紹，當患者完成評定后，要在研究中心內接受全模塊的訓練，即便是回歸家庭后，醫護團隊也會定期隨訪，進一步促進患者康復。

　　2023年12月19日，第二例脊髓損傷患者已在北京天壇醫院賈旺教授團隊手術下成功植入，信號接收正常，目前患者在家里進行康復訓練。這位36歲的脊椎損傷患者可以在“腦機對話”中用“意念”驅動電腦光標的移動，實現屏幕中紅色球撞擊藍色球的動作，進行人和電腦“心靈感應”。

　　“要完成這樣的技術突破，沒有10年是做不成的。”洪波提到，此項技術急不來，也急不得。“因為這不是一個游戲產品，也不是一個信息產品，而是一個植入的醫療器械，患者的安全是第一位的。”他說。

　　翻開腦機接口的第一頁

　　2005年，雷·庫茲韋爾在《奇點臨近》一書中預測，“隨著納米技術、生物技術等呈幾何級數加速發展，未來20年中人類的智能將會大幅提高，人類的未來也會發生根本性重塑。”這位腦洞大開的天才提出了“奇點”的概念，認為未來技術變革會撕裂人類歷史結構，克服生物進化的限制。

　　讓人類走向數字永生是一個大膽而瘋狂的夢想，技術上的探索也未停下腳步。

　　2020年，浙江大學與浙江大學醫學院附屬第二醫院神經外科合作，完成國內第一例植入式腦機接口臨床研究。患者利用大腦運動皮層信號，精準控制外部機械臂與機械手實現三維空間的運動，實現握手、拿飲料、打麻將等動作。

　　2023年，相對于侵入式和非侵入式的技術方案，南開大學團隊牽頭在猴腦內實現了介入式腦機接口腦控機械臂，為未來腦卒中、漸凍癥和抑郁癥等疾病的診療提供了新的方向。

　　2023年8月，工業和信息化部等四部門印發的《新產業標準化領航工程實施方案(2023-2035年)》提到：要開展腦機接口標準化路線圖研究。加快研制腦機接口術語、參考架構等基礎共性標準。開展腦信息讀取與寫入等輸入輸出接口標準，數據格式、傳輸、存儲、表示及預處理標準，腦信息編解碼算法標準研究。開展制造、醫療健康、教育、娛樂等行業應用以及安全倫理標準預研。

　　腦機接口的時代正在到來。

　　“不可思議的目標會讓科學家產生永不停止的動力。”洪波認為要深入了解人類的大腦工作機理，實現人腦和機器大腦的高帶寬對話，要做的工作還有很多。

　　腦機接口的高通量和發熱問題是需要克服的一大技術難關。洪波解釋，目前我們的微創腦機接口只能實現簡單的手部動作。但未來要獲取更多高級認知活動信息，必然要增加通道數，那么攻克發熱問題，處理安全性和穩定性之間的平衡，是工程師需要面對的挑戰。

　　“老楊的右手可以握住水瓶”帶給趙國光的新思考是，如果用中文“解碼”老楊右手的動作，可以解釋為“攥”“握”“拿”“捏”“持”等，而用英文解碼只能解釋為“hold”。他希望，在未來的探索中，新技術能夠更精準地適配中文語境，更快地識別并輸出患者腦中的指令。

　　中國信息通信研究院聯合腦機接口產業聯盟日前發布的《腦機接口技術發展與應用研究報告(2023年)》指出，當前腦機接口技術主要應用方向在醫療領域，該技術能為癲病、帕金森、抑郁、多動癥、截癱、卒中等神經相關疾病診治帶來新的解決方案。

　　未來，要突破人類診治部分疾病的極限，腦機接口還面臨著大規模臨床試驗等挑戰。

　　“下一步，我們希望幫助患者用腦信號指揮家里的智能設備，比如手機、輪椅、電動窗簾等設備的開關，為人和物的連接提供更多的可能。”洪波說。

　　龍年春節前，洪波幫助第二位患者在平板電腦里下載了讀書軟件。他有一個期待：希望在春節后幫助患者實現翻閱電子書的愿望。

　　“腦機接口的階段性突破不是一個結束，而是一個新的開始。”洪波說。

　　中青報·中青網記者 楊潔 尹希寧 來源：中國青年報