脑机接口技术最新进展：从动物实验迈向人体应用

犹记得，2022年11月30日，脑机接口公司Neuralink创始人Elon Musk在“Show & Tell”技术展示活动上，首次向外界展示了一段植入Neuralink大脑芯片的猴子，用“意念”打字、玩电子游戏的视频。4Laesmc

Musk表示，这项脑机接口(BCI)技术不仅可以帮助残疾患者恢复活动和交流能力，还能帮助失明患者恢复视力。一时间，各行各业的人都在关注BCI技术，全球生物医疗领域也兴起了一股脑机接口热。在当时Neuralink还正在向FDA申请人体试验，在2023年FDA批准了该公司启动人体试验。4Laesmc

到2024年11月下旬，“植入Neuralink脑芯片的猴子用意念打字”的视频带给大家的震撼还历历在目。如今脑机接口技术的发展现状如何？4Laesmc

根据麦肯锡的测算，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模在2030年有望达到400亿美元，预计到2040年，该数字将能达1450亿美元，如果再加上医疗、社交、娱乐，整个市场的规模可达到3万亿美元左右。4Laesmc

在11月22日的“第三届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛”上，国内脑机接口行业专家分别针对植入式/侵入式BCI在医疗器械领域的发展和在精神疾病中的探索及创新，还有非侵入式BCI在睡眠领域的应用等议题做了精彩分享。4Laesmc

人工智能赋能脑机接口

可能在一些人看来，在人体(大脑、脊椎、眼球等)中植入芯片，乍看上去会令人感到害怕，但其实一些技术在临床中已经得到验证，其中最成熟的一类应用当属人工耳蜗。4Laesmc

资料显示，早在上个世纪70年代，人工耳蜗技术就已经出现。人工耳蜗主要包括体外和体内两部分，体外部分负责收集声音，把声音转换成电信号，体内部分主要是阵列电极，把电信号传递给听神经，再通过听神经传入中枢产生听觉。4Laesmc

现在距Neuralink演示猴子使用意念打字的视频已经过去两年整，植入式脑机接口技术也有了新的发展。深圳微灵医疗科技有限公司创始人、董事长，中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师李骁健在演讲中指出，脑机接口技术开启了意识与AI融合的新纪元。4Laesmc

美国在脑机接口领域的研究已经超过二十年。早期通过植入大脑的电极板和外部的大型设备来读取和利用大脑信号，这是脑机接口技术发展过程中的一个重要阶段。随着技术的发展，这些设备已经变得更加小型化和高效。4Laesmc

当前的脑机接口技术主要有两大方向。第一大方向是穿戴式脑机接口(非侵入式)，第二大方向是植入式脑机接口(侵入式)。以上方向主要根据信号采集方式来划分。植入式/侵入式脑机接口指的是在大脑中植入芯片、电极，人脑中有上千亿个神经元，植入电极可精准地监测到单个神经元的放电活动。4Laesmc

由于颅骨、头皮及毛发等的干扰，越靠近表层的脑电信号的噪声就越大，而越靠近颅内的脑电信号具有更高的准确性和有效性。因此，植入式脑机接口又可分为两个路径：4Laesmc

·简单活动中的神经信号采集

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植入大脑皮层的路径，将皮层电图(ECoG)电极阵列植入在大脑皮层表面。这些电极直接位于大脑皮层上，能够记录大脑表面的电活动。因为无需穿透大脑的深层结构，所以此类植入通常涉及较少的侵入性。它主要基于皮层脑电图进行信息分析，信号强度及分辨率弱于植入颅内的类型，但可降低手术风险和免疫反应。4Laesmc

这类脑机接口技术的代表性企业包括微灵医疗、Precision Neuroscience等，后者是一家专注于BCI技术的公司，其“第7层大脑皮层”脑机接口获得了FDA的“突破性医疗器械”认定。4Laesmc

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根据李骁健的介绍，微灵医疗的μECoG电极Cortex-0是一种安全高效的植入方案，在新西兰兔脑内植入实验中得到了验证，成功记录到了运动特异性的神经活动，其信号采集非常清晰。目前，该方案已进入临床实验，适用于简单活动中的神经信号采集。为此，微灵医疗自主研发了匹配电极的芯片，并推出了便携式产品，适用于癫痫术前检测，允许患者自由活动。4Laesmc

此外，李骁健还透露了WeLinking I型样机的进展。目前，样机处于临床前实验准备阶段，公司已经基本完成了脑机接口全栈的基础硬件和软件系统研发，并在2023年完成了近亿元的两轮融资，预计将于明年上半年临床试用。4Laesmc

·在帕金森、神经系统疾病领域的应用

另一个路径是将电极植入颅内，可以穿过大脑皮层，直接与大脑深部的神经结构相互作用。该技术可以用于治疗神经系统疾病、恢复感官功能或控制外部设备，比如主要用于治疗帕金森病和其他运动障碍疾病。其代表企业有Neuralink、Blackrock、Paradromics等。4Laesmc

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Neuralink的植入式脑机接口能实现的功能，还包括语音重建和机械臂控制等，这代表了脑机接口技术的应用潜力。在演示视频中，植入脑芯片的受试者通过脑学习，将采集到的神经信号融合AI技术最终来实现语音重建。而在Neuralink最新公布的临床实验中，一位瘫痪的志愿者通过在大脑皮层植入芯片，实现了用思维控制下象棋。4Laesmc

一些研究团队和公司正在开发可植入颅内的新型脑机接口，这些接口能够与大脑深层结构通信，用于各种应用，包括改善记忆、恢复视觉或听觉功能等。但由于所使用的电极数量和寿命有限，把电极植入颅内存在一定危险性，可能会损伤大脑神经元，也有感染的风险。4Laesmc

景昱医疗科技(苏州)股份有限公司董事、CFO、董事会秘书耿东则介绍了脑机接口在深脑刺激(DBS)领域的应用。据介绍，DBS是一种神经调节治疗手段，主要用于治疗特定的神经疾病，尤其是运动障碍疾病，如帕金森病、原发性震颤和肌张力障碍等。4Laesmc

DBS的工作原理是通过手术将电极植入大脑的特定区域，这些电极连接到植入在患者胸部的脉冲发生器(类似于心脏起搏器)。脉冲发生器会发送电脉冲到大脑中的目标区域，调节异常的神经活动，从而减轻症状。4Laesmc

耿乐评价说，帕金森的治疗DBS已经非常成熟。目前，景昱医疗针对帕金森正在开发第二代脑机接口DBS产品，较之前一代产品，新一代的调控更加精准，体积更小，更便携。患者植入第二代产品后，医生可以帮助患者远程调节参数，以此来达到最佳治疗状态。4Laesmc

不过，在中国，帕金森病人的植入式脑机接口DBS普及率并不高。数据显示，中国帕金森病人超过380万，但植入式脑机接口DBS年植入量不足一万台，意味着该市场还很大的发展空间。4Laesmc

DBS是一种相对较新的技术，自20世纪90年代开始应用于临床治疗。随着技术的进步，DBS的应用范围也在不断扩大，除了治疗帕金森之外，还有望应用于治疗抑郁症、癫痫和强迫症等疾病中。4Laesmc

耿乐指出，临床实验患者的成瘾伴随着抑郁、焦虑负面情绪，不同患者在开机3-6个月之后，就会出现明显的效果。此外，DBS在戒毒、治疗强迫症等临床实验中也取得了突出成绩。4Laesmc

非侵入式脑机接口在睡眠领域的应用

非侵入式则无需通过侵入大脑，通过穿戴设备采集脑电信号，但非侵入式所获取的信号精度弱于侵入式。4Laesmc

浙江柔灵科技有限公司联合创始人、首席运营官陈涵介绍了非侵入式脑机接口可穿戴设备在睡眠领域的应用。该公司有两款产品：第一款是基于脑电设备的睡眠检测；第二款是基于手势识别的神经手环，应用场景是睡眠领域。4Laesmc

柔灵科技的设备采用特殊纳米粒子配方，提高了生物相容性材料的柔韧性和导电性。相比医院常用的多导睡眠仪，其设备更加轻便舒适，减少了患者的不适。陈涵介绍说，这一创新产品受到了骨科、心脑血管科等多个科室的广泛关注，有助于进行更精确的量化评价。4Laesmc

目前，医生可以利用柔灵科技的设备，在传统8小时工作时间之外收集睡眠数据，提高医院的诊疗效率。据悉，该公司的多导睡眠图与现有设备的一致性达到90%，且已通过专家共识和发表文章得到认可。此外，柔灵科技还结合IoT设备，通过调整睡眠环境来提升睡眠质量，以及利用脑电波数据进行精准干预。目前，柔灵科技正与宣武医院、华西医院等开展临床合作，并在多家三甲医院推广。4Laesmc

小结：

随着脑机接口技术的不断发展和完善，我们不仅看到了它在临床治疗领域的巨大潜力，也预见到了其在日常生活中更广泛的应用前景。未来，这些创新技术将如何更好地服务于患者，提升他们的生活质量，以及如何推动人机交互的边界，值得我们持续关注和深入研究。4Laesmc

同时，随着技术的普及和成本的降低，脑机接口设备将更加亲民，为更多人带来便利。期待在科研人员、企业和社会各界的共同努力下，脑机接口技术能够实现更加安全、高效和广泛的应用。4Laesmc