依靠腦機接口，患者已經(jīng)能表達出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好”等語言，實時解碼準(zhǔn)確率提升至52%。

撰文丨凌 駿

責(zé)編丨汪 航

昨日（20日），首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院宣布，在醫(yī)院院長、國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任趙國光教授的帶領(lǐng)下，成功為一名67歲的漸凍癥患者完成了腦機接口植入，讓失語的她恢復(fù)了一定的語言交流能力。

這是全球首例“無線植入式中文語言腦機接口”手術(shù)，也是繼復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院、華山醫(yī)院團隊通過腦脊接口，成功讓癱瘓者恢復(fù)一定的行動功能后，我國科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域的又一大突破。

術(shù)后半個月，這名患者已能通過實時解碼表達出語言，并展現(xiàn)出了語言恢復(fù)的潛力。“這一創(chuàng)新性成果，標(biāo)志著腦機接口在語言功能恢復(fù)領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，為因漸凍癥、卒中等眾多原因?qū)е率дZ的患者，提供了全新的治療方式?！毙溽t(yī)院稱。

患者正在接受語言解碼訓(xùn)練，圖源：宣武醫(yī)院微信公眾號

新的世界紀(jì)錄

此次使用的腦機接口系統(tǒng)，是由北京腦科學(xué)與類腦研究所，及其牽頭成立的北京芯智達公司共同研發(fā)的“北腦一號”。早在去年年初，團隊就表示正在積極開展研究者發(fā)起的臨床研究，目標(biāo)是運動與語言障礙的功能替代與康復(fù)等。

而這名67歲的患者，也成為了研究的第一位“失語受試者”。2023年，她在宣武醫(yī)院被診斷為漸凍癥，隨著疾病進展出現(xiàn)了極重度構(gòu)音障礙，與外界的語言溝通嚴(yán)重受限。

作為一種持續(xù)進展、不可逆的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，漸凍癥患者將逐漸失去語言及肢體功能，目前沒有有效的治療手段。腦機接口，也成了她恢復(fù)交流能力的最大希望。

“語言”腦機接口，通俗而言是要提前定位出患者的語言功能區(qū)，通過植入腦機芯片提取他們“內(nèi)心所想”。雖然患者無法開口說話，但實時采集的神經(jīng)信號隨后傳導(dǎo)至外部設(shè)備，并解碼產(chǎn)生對應(yīng)的文字。

手術(shù)于3月5日進行，在神經(jīng)外科手術(shù)機器人輔助下，趙國光率隊采取了半侵入腦機技術(shù)路徑，將含有128個通道的高密度電極放入患者的硬腦膜外。

趙國光團隊開展全球首例無線植入式中文語言腦機接口手術(shù)，圖源：宣武醫(yī)院微信公眾號

植入大腦的柔性電極用于采集語言信號，同時，趙國光團隊還在患者顱骨表面嵌入了硬幣大小的主控與信號傳輸裝置，以實現(xiàn)無線供電與信號傳輸。術(shù)中測試及術(shù)后開機均顯示，信號采集質(zhì)量良好。

據(jù)宣武醫(yī)院介紹，術(shù)后第9天，患者開始接受語言的解碼訓(xùn)練。結(jié)果顯示，僅經(jīng)過3小時的訓(xùn)練，她試圖表達62個常用字詞時，實時解碼準(zhǔn)確率已達34%。

目前，依靠腦機接口“翻譯”，她已經(jīng)能表達出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好”等語言，實時解碼準(zhǔn)確率提升至52%。此外，在具備簡單語言交流能力的基礎(chǔ)上，患者還展現(xiàn)出顯著的語言恢復(fù)潛力。

值得一提的是，“北腦一號”針對“癱瘓者”的臨床研究也在早些時候完成。2月27日，北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科主任伊志強主刀，為一名四肢癱瘓的患者植入了該系統(tǒng)。

與“宣武患者”不同，在北大一院，“北腦一號”采集了患者的運動信號，經(jīng)無線傳輸后，外部機械臂收到了來自患者大腦的實時指令，幫他“拿起了水壺”“把水倒入杯子”“將杯子舉到嘴邊”......

而在昨日，“北腦一號”的第三例植入手術(shù)也在北京天壇醫(yī)院順利完成，患者恢復(fù)情況良好。

北京腦科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏在接受采訪時表示，“‘北腦一號’成功植入3位患者的大腦皮層，標(biāo)志著中國自研無線皮層腦機接口，植入人腦的通道數(shù)破世界紀(jì)錄。”

有望實現(xiàn)“上萬漢字實時解碼”

這不是學(xué)界第一次嘗試運用腦機接口技術(shù)，讓“失語者”重建語言交流功能。

2021年7月，加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)外科Edward Chang教授團隊就通過腦機接口技術(shù)，幫助一位癱瘓超過15年的男子恢復(fù)了“說話”能力，當(dāng)時平均每分鐘可實時解碼15.2個單詞，準(zhǔn)確率約74%。

2023年8月23日，Edward Chang教授團隊更進一步，發(fā)表于《自然》的研究顯示，聯(lián)合腦接機口與AI，另一位患者的語言不僅以文字方式呈現(xiàn)，AI替身還會幫她發(fā)出聲音，并展示微笑、嘟嘴、悲傷等表情。

患者與AI替身互動，圖源：《自然》

從結(jié)果而言，Edward Chang教授團隊的工作，實現(xiàn)了更為復(fù)雜、多分類任務(wù)的“組合翻譯”，但這也意味著他們難以通過“無線”的方式來實現(xiàn)。試驗中，患者腦部會伸出一根“電線”，與外部設(shè)備相連接。

而“北腦一號”采用的則是128通道電極、無線傳輸?shù)哪X機接口系統(tǒng)。

運用類似技術(shù)路徑，但采用硬膜下植入薄膜電極陣列的微靈醫(yī)療，目前正在申報臨床研究倫理批件。微靈醫(yī)療創(chuàng)始人、中科院深圳先進技術(shù)研究院正高級工程師李驍健對“醫(yī)學(xué)界”介紹，“受限于功耗和傳輸帶寬，目前的無線系統(tǒng)，還無法做到更高通量的信號采集、傳輸和解碼。”

“但需要注意的是，一方面，無論能解碼、傳遞出多復(fù)雜的信號，只要患者頭頂還長出‘電線’，腦機接口就無法真正落地臨床治療?！?/p>

另一方面，醫(yī)用腦機接口還依賴專業(yè)人士輔導(dǎo)下的大量使用訓(xùn)練、醫(yī)療護理等一系列后期維護成本?！耙虼耍绞菑?fù)雜的系統(tǒng)，脫離實驗室回歸日常使用，可能性也越低。”李驍健說。

不僅是“無線”和“有線”的選擇，芯片植入大腦的部位，也是業(yè)內(nèi)持續(xù)探索的方向之一。此次“北腦一號”植入了患者的大腦硬膜外，不直接接觸腦組織。相比硬膜內(nèi)的植入，理論上會犧牲信號采集量，但由于減少了“侵入性”，也可能擁有更可控的長期安全性。

據(jù)團隊介紹，臨床實踐數(shù)據(jù)顯示，“北腦一號”的單字解碼時延小于100毫秒，為當(dāng)前國際最高水平。未來，除了通過訓(xùn)練進一步提升解碼能力，解碼有限字集還將擴展至開放字集，預(yù)計將實現(xiàn)上萬漢字的實時解碼，實現(xiàn)更自然、更流暢的語言交流。

在失語者的臨床應(yīng)用上，李驍健對“醫(yī)學(xué)界”形容道，“最終大家想實現(xiàn)的目標(biāo)，大體相當(dāng)于‘一位普通英語水平的中國人，用英語和外國人交流’”。

值得一提的是，據(jù)羅敏敏公開介紹，“北腦二號”也有望在今年升級為“無線版”，制作原型機并開展大動物實驗。在此前的動物實驗中，“北腦二號”全球首次實現(xiàn)獼猴通過意念控制，對二維運動目標(biāo)的腦控攔截。

2030年實現(xiàn)全面臨床應(yīng)用

從讓癱瘓者站立，到讓失語者“說話”，近年來國內(nèi)腦機接口領(lǐng)域接連實現(xiàn)一系列臨床突破，“這些成果，很大程度也代表了醫(yī)用植入式腦機接口技術(shù)短、中期內(nèi)的發(fā)展方向?！崩铗斀Α搬t(yī)學(xué)界”分析。

“早期，受到國際新技術(shù)，尤其是以馬斯克Neuralink公司為代表的‘高端科技炒作’影響，在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域，大家更多把腦機接口視作一種‘高端科研設(shè)備’，拼硬件、拼部件技術(shù)?！?/p>

“這幾年業(yè)內(nèi)開始逐漸意識到，不需要過分追求低成熟度的‘頂級’技術(shù)，要先在簡單、實用的臨床場景上作出突破。”李驍健說，“針對不同疾病，找到最具有收益風(fēng)險比的技術(shù)路徑，以及相對應(yīng)的訓(xùn)練方式，才是醫(yī)用腦機接口目前合適的發(fā)展路徑?！?/p>

不僅僅是技術(shù)探索，在政策端，關(guān)于腦機接口發(fā)展的支持政策也接連落地。

今年年初，北京市、上海市科委陸續(xù)發(fā)布“腦機接口行動方案”，強調(diào)到2027年，要產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)性成果。上海市科委更是提出，2030年前，上海要實現(xiàn)腦機接口產(chǎn)品全面臨床應(yīng)用。

而在3月12日，國家醫(yī)保局發(fā)布《神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)療服務(wù)價格項目立項指南》，專門為腦機接口新技術(shù)單獨立項，其中針對侵入式腦機接口，專門設(shè)立了“侵入式腦機接口置入費”“侵入式腦機接口取出費”等價格項目。

這也意味著，一旦腦機接口技術(shù)成熟，快速進入臨床應(yīng)用的收費路徑已經(jīng)鋪好?！氨蹦X一號”系統(tǒng)則最快有望在年底通過申報，正式進入臨床試驗階段。

據(jù)了解，自2022年宣武醫(yī)院進行腦機接口臨床試驗起，至今已有數(shù)十例患者接受了腦機接口的微創(chuàng)植入，涉及多種重大腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病，尚無受試者發(fā)生并發(fā)癥和排斥反應(yīng)。

趙國光此前在接受采訪時表示，腦機接口技術(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。”

參考文獻：

1.宣醫(yī)新聞|被聽見的思緒：腦機接口重啟凍結(jié)的聲音——實現(xiàn)首例！漸凍癥失語患者通過無線植入式腦機接口實現(xiàn)中文語言實時解碼，

https://mp.weixin.qq.com/s/QPJuPAmCAcoJmj34aXpmDQ

2.腦控機械臂、讓機器“說話”，“北腦一號”進入臨床驗證階段，

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827116130516521114&wfr=spider&for=pc

3.2025，腦機接口應(yīng)用關(guān)鍵之年，

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_30443901

來源：醫(yī)學(xué)界

校對：臧恒佳

編輯：張金金

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