一位47歲的小學(xué)音樂(lè)教師因腦出血導(dǎo)致右側(cè)肢體癱瘓，經(jīng)過(guò)一年多的傳統(tǒng)康復(fù)治療，仍無(wú)法恢復(fù)手部的精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能。3月20日上午，這位患者在北京天壇醫(yī)院接受了腦機(jī)接口手術(shù)，有望重新實(shí)現(xiàn)用雙手彈奏鋼琴的夢(mèng)想。

手術(shù)由中國(guó)科學(xué)院院士趙繼宗團(tuán)隊(duì)施行。當(dāng)天下午，趙繼宗告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“這是全國(guó)首例‘北腦一號(hào)’智能腦機(jī)系統(tǒng)為卒中后偏癱患者植入的手術(shù)?！?/p>

2月27日，北京大學(xué)第一醫(yī)院完成首例“北腦一號(hào)”腦機(jī)接口臨床人體植入。在隨后不到一個(gè)月的時(shí)間里，北京又有2家醫(yī)院利用“北腦一號(hào)”完成了2例腦機(jī)接口手術(shù)。

“北腦一號(hào)”是由北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)芯智達(dá)）依托北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所推出的半侵入式智能腦機(jī)系統(tǒng)。北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所所長(zhǎng)羅敏敏介紹，“北腦一號(hào)”聯(lián)合北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、北京天壇醫(yī)院，針對(duì)脊髓損傷、腦卒中等導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能障礙開(kāi)展了精細(xì)運(yùn)動(dòng)解碼，針對(duì)漸凍癥等導(dǎo)致的言語(yǔ)障礙開(kāi)展中文解碼，進(jìn)行臨床驗(yàn)證。

第一例成功后信心倍增

“由于我們前期準(zhǔn)備比較充分，保障了首例‘北腦一號(hào)’128通道腦機(jī)接口系統(tǒng)植入的順利進(jìn)行?！北本┐髮W(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科主任伊志強(qiáng)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，2024年11月，醫(yī)院就與芯智達(dá)團(tuán)隊(duì)合作并成立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。

“該項(xiàng)目實(shí)施的第一關(guān)是倫理審查，只有通過(guò)了倫理審查我們才可以招募志愿者開(kāi)展臨床研究?！币林緩?qiáng)介紹，歷經(jīng)大半個(gè)月時(shí)間，醫(yī)院通過(guò)了倫理審查后就著手布置場(chǎng)地，以確保后面的臨床研究順利開(kāi)展。

2月17日，第一例患者入住北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科經(jīng)過(guò)改造后的病房。這位患者30歲，車(chē)禍?zhǔn)軅笏闹c瘓近兩年，入院診斷為頸椎骨折、脊髓損傷。手術(shù)前，患者進(jìn)行了術(shù)前無(wú)創(chuàng)腦機(jī)訓(xùn)練和影像檢查，伊志強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在顱骨模型上進(jìn)行反復(fù)手術(shù)模擬；手術(shù)后，患者可以通過(guò)腦控實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)抓握水杯。

▲全球首例無(wú)線(xiàn)植入式中文言語(yǔ)腦機(jī)接口手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)。宣武醫(yī)院供圖

羅敏敏介紹，患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)達(dá)98%以上。使用“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)，患者能夠隔空操控計(jì)算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運(yùn)動(dòng)功能逐漸康復(fù)。

3月20日，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者在北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所看到，“北腦一號(hào)”的關(guān)鍵部件是一片比指甲蓋略大、薄如蟬翼的金色半透明薄膜電極貼片，柔軟如樹(shù)葉，將其植入顱內(nèi)可與大腦皮層貼合。該電極擁有128通道，能夠采集到大腦皮層的信號(hào)變化。

▲“北腦一號(hào)”。 受訪者供圖

“‘北腦一號(hào)’”集成了自主研發(fā)的柔性高密度腦皮層電極，以及高采樣率、大通量、低功耗的腦電數(shù)據(jù)采集、處理和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，128通道同時(shí)采集的信號(hào)通量位居國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品之首?！绷_敏敏說(shuō)，“北腦一號(hào)”系統(tǒng)采用神經(jīng)編解碼算法，輸出高精度、低延遲的控制指令，實(shí)時(shí)控制外骨骼等外部設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)運(yùn)動(dòng)解碼，以及高準(zhǔn)確度中文言語(yǔ)解碼。

“由于128通道的電極是一個(gè)柔性電極，在影像上是看不到的，實(shí)際上有兩個(gè)顯影點(diǎn)?！币林緩?qiáng)結(jié)合患者的術(shù)后影像介紹，中間亮的圓圈是“北腦一號(hào)”的硬件，邊上的圓圈由純金制成，是信號(hào)傳導(dǎo)與供電的部件。

“對(duì)一名30歲就四肢癱瘓的年輕人來(lái)說(shuō)，接受腦機(jī)接口手術(shù)是非常有意義的，他未來(lái)的路還很長(zhǎng)?！币林緩?qiáng)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“第一例成功后，讓我們對(duì)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的信心倍增，今年計(jì)劃完成3例?！?/p>

重啟被“凍結(jié)”的聲音

“我們臨床研究的首位參與者是一位67歲女性，她于2023年在宣武醫(yī)院被確診為肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）。”首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長(zhǎng)趙國(guó)光介紹。

ALS，俗稱(chēng)漸凍癥，是一種目前無(wú)法治愈的神經(jīng)退行性疾病。隨著疾病發(fā)展，這位患者出現(xiàn)了極重度構(gòu)音障礙，與外界的語(yǔ)言溝通極為受限。

手術(shù)前，趙國(guó)光團(tuán)隊(duì)綜合應(yīng)用功能性磁共振成像和高密度腦電圖等多模態(tài)神經(jīng)解碼技術(shù)，對(duì)患者的大腦語(yǔ)言相關(guān)區(qū)域進(jìn)行功能映射，結(jié)合患者語(yǔ)言能力評(píng)估及疾病進(jìn)展情況，精確定位了語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)功能區(qū)。

3月5日，趙國(guó)光團(tuán)隊(duì)為患者施行了全球首例無(wú)線(xiàn)植入式中文言語(yǔ)腦機(jī)接口手術(shù)。團(tuán)隊(duì)在神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人輔助下，將“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)精準(zhǔn)植入患者左側(cè)大腦控制語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)域。

趙國(guó)光介紹，3月10日，該患者開(kāi)始接受言語(yǔ)解碼訓(xùn)練，信號(hào)采集良好，僅經(jīng)過(guò)3小時(shí)的訓(xùn)練，62個(gè)常用字詞實(shí)時(shí)解碼準(zhǔn)確率已達(dá)34%。目前，實(shí)時(shí)解碼準(zhǔn)確率為52%，已能解碼出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好，我想和家人散步”這樣的語(yǔ)言?！敖Y(jié)合基于語(yǔ)言大模型的自適應(yīng)糾錯(cuò)算法實(shí)時(shí)優(yōu)化，患者已具備簡(jiǎn)單的語(yǔ)言交流能力?！?/p>

隨著訓(xùn)練時(shí)間的增加，解碼準(zhǔn)確率也在穩(wěn)步提升。趙國(guó)光透露，未來(lái)，除了進(jìn)一步提升解碼能力，團(tuán)隊(duì)將從解碼有限字集擴(kuò)展至開(kāi)放字集，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)漢字的實(shí)時(shí)解碼，從而實(shí)現(xiàn)更自然、流暢的語(yǔ)言交流。

“這是全球首例無(wú)線(xiàn)植入式中文言語(yǔ)腦機(jī)接口在臨床上取得的突破性成果，其成功幫助因漸凍癥導(dǎo)致重度構(gòu)音障礙的患者重建交流能力?！壁w國(guó)光表示，該臨床研究的成功意味著腦機(jī)接口技術(shù)有望為更多言語(yǔ)障礙患者提供全新的、長(zhǎng)期的、穩(wěn)定的言語(yǔ)恢復(fù)解決方案，重啟被“凍結(jié)”的聲音，進(jìn)一步拓展腦機(jī)接口在神經(jīng)疾病診療領(lǐng)域的邊界。

首次植入卒中偏癱患者

經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尼t(yī)學(xué)評(píng)估和倫理審查，從全國(guó)586名志愿者中，一名47歲的小學(xué)音樂(lè)教師成為北京天壇醫(yī)院篩選出的第一例接受腦機(jī)接口手術(shù)的患者。

趙繼宗告訴記者，這臺(tái)手術(shù)不僅是我國(guó)自主研發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)在臨床應(yīng)用上的重大突破，也標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)用階段，將為腦卒中患者帶來(lái)運(yùn)動(dòng)康復(fù)的新希望。

卒中后偏癱是全球最主要的致殘性疾病之一，且患者數(shù)量龐大，恢復(fù)難度極高。數(shù)據(jù)顯示，每年中國(guó)新增腦卒中患者超過(guò)200萬(wàn)人，其中超過(guò)一半遺留偏癱。這意味著每年有超過(guò)100萬(wàn)名患者面臨長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)障礙，無(wú)法獨(dú)立行走、進(jìn)食、穿衣，甚至喪失最基本的自理能力。

對(duì)于很多患者而言，傳統(tǒng)的康復(fù)治療存在較大局限性，即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的康復(fù)訓(xùn)練，許多患者的運(yùn)動(dòng)能力也難以恢復(fù)。目前，全球范圍內(nèi)針對(duì)卒中后偏癱的有效治療方案仍然有限，而腦機(jī)接口技術(shù)的出現(xiàn)，為這些患者帶來(lái)了希望。

腦機(jī)接口不僅能“讀取”患者的大腦信號(hào)，更能幫助患者繞過(guò)受損的神經(jīng)通路，直接用“意念”控制肢體，進(jìn)一步恢復(fù)自主運(yùn)動(dòng)能力。相比傳統(tǒng)的康復(fù)手段，“北腦一號(hào)”不依賴(lài)殘存神經(jīng)通路，而是直接構(gòu)建“腦-機(jī)-肌肉”的信息通路，使患者的意念能夠繞過(guò)受損神經(jīng)，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)控制。

羅敏敏介紹，這種新型的半侵入式腦機(jī)接口既提升了信號(hào)采集的精準(zhǔn)度，又降低了手術(shù)創(chuàng)傷和術(shù)后風(fēng)險(xiǎn)，彌補(bǔ)了侵入式和非侵入式技術(shù)的不足，更適用于卒中后偏癱患者。

目前，北京首批成功完成的3例“北腦一號(hào)”手術(shù)，是我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵一步?！拔覀兊哪康牟皇窃谂R床做幾例試驗(yàn)，而是要向全國(guó)推廣應(yīng)用，讓更多患者受益。”趙繼宗說(shuō)。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)