除了意念說話、肢體康復(fù)……腦機接口還有哪些應(yīng)用場景？
·“我們現(xiàn)在看到的和思考的，比大家想象的還要激進(jìn)。”
當(dāng)癱瘓患者僅憑“意念”就能控制機械臂完成日常動作；當(dāng)帕金森病人體內(nèi)的智能裝置能夠自動識別癥狀并精準(zhǔn)調(diào)控刺激參數(shù)；當(dāng)失語癥患者無需發(fā)聲，大腦信號就能被轉(zhuǎn)化為流暢的語音——這些曾經(jīng)只存在于科幻作品中的場景，正通過腦機接口技術(shù)逐步成為現(xiàn)實。
12月3日，在2025復(fù)旦科創(chuàng)大會腦機接口分論壇上，來自臨床醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和產(chǎn)業(yè)界的專家學(xué)者齊聚一堂，介紹了這項前沿技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的最新應(yīng)用進(jìn)展，并探討了如何將實驗室成果轉(zhuǎn)化為真正造福患者的醫(yī)療產(chǎn)品。
神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的智能化升級
“我們面臨的核心問題是如何讓治療更加精準(zhǔn)和個性化。”首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院功能神經(jīng)外科主任張建國說。他所從事的深部腦刺激（DBS）技術(shù)，被稱為“腦起搏器”，通過在大腦特定區(qū)域植入電極，利用電刺激來改善運動障礙、癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀。
傳統(tǒng)的腦起搏器采用“開環(huán)”模式——一旦開啟，就24小時不間斷地以固定參數(shù)刺激大腦。“這顯然不符合人體的生理規(guī)律。”張建國說，“患者在不同狀態(tài)下對刺激的需求是不同的。”
新一代“閉環(huán)”神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)則實現(xiàn)了智能化。它能夠?qū)崟r監(jiān)測大腦電信號，識別患者的癥狀狀態(tài)，并自動調(diào)整刺激參數(shù)。以帕金森病為例，患者大腦中的β波段震蕩（13-30赫茲的腦電活動）與運動遲緩、肌肉僵直等癥狀密切相關(guān)。閉環(huán)系統(tǒng)通過監(jiān)測β震蕩的強度，只在檢測到異常信號時才給予刺激。張建國表示，在刺激時間減少56%的情況下，療效卻優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
“這就像從定時澆水變成了根據(jù)土壤濕度智能澆水。”張建國形象地比喻。今年，一家美國公司的閉環(huán)腦起搏器在中國獲批上市，標(biāo)志著這項技術(shù)正式進(jìn)入臨床應(yīng)用階段。中國自主研發(fā)的閉環(huán)產(chǎn)品也已完成研發(fā)，即將開展臨床驗證。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院副院長、研究員，神經(jīng)調(diào)控與腦機接口研究中心主任王守巖告訴澎湃科技，神經(jīng)調(diào)控與腦機接口的區(qū)別在于前者讀取大腦電生理信號以調(diào)節(jié)神經(jīng)活動，后者則主要是讀取大腦的運動等意圖，即“控腦”與“腦控”的區(qū)別。然而，這兩項技術(shù)正在不斷融合。
張建國團(tuán)隊的研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者的步態(tài)、睡眠與認(rèn)知障礙等不同癥狀對應(yīng)著不同的腦電特征，“未來的閉環(huán)系統(tǒng)可能同時監(jiān)測多個頻段，針對患者的多種癥狀進(jìn)行個性化調(diào)控，”他說，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)還有可能在難治性抑郁等疾病中“大顯身手”。
讓“意念說話”成為現(xiàn)實
“作為一名神經(jīng)外科醫(yī)生，我們在腦腫瘤手術(shù)中盡管極其小心，仍有10%的患者因手術(shù)導(dǎo)致失語等后遺癥。”上海市腦機接口臨床實驗與轉(zhuǎn)化重點實驗室主任吳勁松說，“如何幫助他們重新獲得交流能力，是巨大的臨床痛點。”
這個痛點催生了語言神經(jīng)假體的研發(fā)。其核心原理是：當(dāng)我們說話時，大腦運動皮層會向控制口唇、舌頭、咽喉等發(fā)音器官的肌肉發(fā)出指令。即使患者因腦損傷或疾病無法發(fā)聲，這些運動指令仍然存在。科學(xué)家可以通過植入電極采集這些腦電信號，利用人工智能算法解碼其中包含的語音信息，再通過語音合成技術(shù)“說”出來。
現(xiàn)有研究主要針對英語，而漢語作為聲調(diào)語言，其神經(jīng)編碼機制與英語存在顯著差異。吳勁松團(tuán)隊開始攻克漢語語音解碼難題。他們首先證實了漢語構(gòu)音中樞與英語的高度相似性，都位于大腦中央前回腹側(cè)部。隨后，團(tuán)隊解析了漢語聲調(diào)在大腦中的編碼特征，成功實現(xiàn)了漢語四聲調(diào)單字的解碼。
今年，團(tuán)隊取得了更大突破：實現(xiàn)了漢語418個音節(jié)中294個常用音節(jié)的實時在線解碼，并且能夠解碼帶有聲調(diào)的完整句子。“這意味著失語癥患者未來可以用‘意念’進(jìn)行完整的漢語交流。”吳勁松說。
目前，團(tuán)隊正在與一家企業(yè)合作研發(fā)全植入式漢語語言神經(jīng)假體。這套系統(tǒng)包括貼附在大腦皮層采集腦電信號的柔性電極陣列，一個植入皮下的信號處理和無線傳輸裝置，以及外部的語音解碼器和合成器。植入這套系統(tǒng)的患者，即使完全失語，也能通過腦電信號與外界交流。
讓癱瘓患者重新站起來
“我希望在未來3-5年，組織一場癱瘓患者的百米賽跑。”復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院副研究員、神復(fù)健行創(chuàng)始人加福民在論壇圓桌討論中說出了這個愿景，“雖然他們跑的速度不一定很快，但我希望他們能通過自己的大腦控制自己的肢體。”
加福民從事的是腦脊接口研究——這是腦機接口的一個前沿分支。對于脊髓損傷導(dǎo)致的癱瘓患者，雖然大腦的運動意圖完好，但由于脊髓“中繼站”受損，大腦的指令無法傳遞到肌肉。腦脊接口的思路是在大腦運動皮層植入電極采集運動意圖信號，通過解碼算法識別患者想要做什么動作，然后直接對脊髓進(jìn)行電刺激，繞過損傷部位，重新激活下肢肌肉。
“我們面臨的是一個無人區(qū)，全球范圍內(nèi)都沒有可對標(biāo)的成熟產(chǎn)品。”加福民坦言。過去五年，他的團(tuán)隊在猴子和豬身上進(jìn)行了動物實驗，不斷優(yōu)化電極設(shè)計、信號解碼算法和刺激模式。
團(tuán)隊已經(jīng)在實驗中看到了令人振奮的結(jié)果。“我們現(xiàn)在看到的和思考的，比大家想象的還要激進(jìn)。”加福民說，“我甚至在思考，有沒有可能通過腦脊接口結(jié)合類器官和干細(xì)胞技術(shù)，不僅幫助患者用外部設(shè)備恢復(fù)運動，而且促進(jìn)神經(jīng)重塑，讓患者最終靠自己恢復(fù)運動能力。”
“中國每年有30萬因車禍、高墜等原因?qū)е碌募顾钃p傷患者。”吳勁松指出，“讓不能走路的人站起來，從醫(yī)學(xué)角度講這是奇跡，從家庭角度講這是福音，從患者角度講這是期待。這就是我們?yōu)槭裁匆鲞@項工作。”
除了語言和運動功能重建，腦機接口技術(shù)還在向更多感官領(lǐng)域拓展。在運動控制方面，今年3月，上海團(tuán)隊完成了中國首例、世界第二例高密度柔性電極植入式腦機接口臨床試驗。一位因電擊傷失去四肢的患者在接受手術(shù)后，僅用一個月的康復(fù)訓(xùn)練，就能通過"意念"控制二維光標(biāo)。六個月后，他已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)三維運動控制，操作機械臂、智能輪椅甚至機器狗。
在視覺恢復(fù)方面，復(fù)旦大學(xué)張嘉漪教授團(tuán)隊正在研發(fā)人工視網(wǎng)膜。對于因視網(wǎng)膜病變導(dǎo)致失明的患者，如果視神經(jīng)和視覺皮層仍然完好，就可以通過植入芯片，將光信號直接轉(zhuǎn)換為電信號刺激視神經(jīng)，幫助患者恢復(fù)對光線和色彩的感知。
腦機接口創(chuàng)新者面臨的核心難題
盡管技術(shù)進(jìn)展令人振奮，但將實驗室成果轉(zhuǎn)化為真正的醫(yī)療產(chǎn)品，仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。
“醫(yī)療器械從研發(fā)到上市通常需要10年時間。”吳勁松指出。這個過程包括概念驗證、動物實驗、初上人體試驗、注冊臨床試驗等多個階段，每個階段都需要大量資金投入和專業(yè)團(tuán)隊支持。
“我們站在無人區(qū)，沒有可對標(biāo)的產(chǎn)品，我們吃的虧可能就是別人的前車之鑒。”加福民說，這是前沿科技創(chuàng)業(yè)者共同的焦慮。如何高效利用資源、組建跨學(xué)科團(tuán)隊、跨越從科研成果到成熟產(chǎn)品的“死亡之谷”，是所有腦機接口創(chuàng)新者面臨的核心難題。
在上海，一個由政府、資本、高校、醫(yī)院、孵化平臺與科創(chuàng)企業(yè)共同構(gòu)成的腦機接口創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)正在形成。臨港集團(tuán)副總經(jīng)濟師翁巍將孵化平臺的角色比作“服務(wù)員、救護(hù)員和指導(dǎo)員”，旨在幫助科學(xué)家團(tuán)隊“少走彎路，加快產(chǎn)品研發(fā)”。以上海國投先導(dǎo)基金為代表的“耐心資本”，則為需要長期孵化的顛覆性技術(shù)提供穩(wěn)定支持。
在科創(chuàng)大會現(xiàn)場，復(fù)旦科創(chuàng)投資基金正式設(shè)立，總規(guī)模10億元，以直投的方式支持校內(nèi)前沿科技成果轉(zhuǎn)化。會上宣布上海祖泉創(chuàng)新轉(zhuǎn)化研究院成立，將聚焦四大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及量子計算、腦機接口、可控核聚變和類腦智能等未來產(chǎn)業(yè)。
與會者們表示，只有當(dāng)臨床需求、源頭創(chuàng)新、耐心資本、產(chǎn)業(yè)配套與政府支持這幾個齒輪緊密嚙合時，腦機接口這臺重塑未來醫(yī)療的強大引擎才能真正被驅(qū)動起來，實現(xiàn)精準(zhǔn)的神經(jīng)調(diào)控，自由的意念交流，乃至生命的潛能重建。
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