科学周刊|脑机接口植入 治疗高位截瘫 西部首例128通道脑机接口植入手术后在唐都医院开机训练 目前患者已能用意念指挥气动手套带着手指做抓握伸展动作

　　西部首例128通道脑机接口植入手术6月30日顺利实施后，7月15日在陕西省西安市空军军医大学唐都医院开机训练。目前这名因外伤导致颈段脊髓横断伴四肢瘫痪的39岁男子，已经可以用意念控制气动手套带动自己的手指活动。据项目团队工作人员介绍，根据对其他患者的观察，此前有经过三个多月训练就已恢复了手部自主活动的情况。

　　几乎与此同时，植入式脑机接口的首张处方在上海开出，一项曾仅限于实验室的前沿技术，由此成为符合条件的患者可以评估使用的医疗器械。

　　脑机接口植入，治疗高位截瘫，这种技术的原理是什么？在医疗健康领域还有哪些发展前景？随着脑机接口技术的发展，未来还可能带来哪些颠覆性变革？

　　术后首次开机训练，患者看起来精神状态不错

　　7月15日上午，西安市东郊空军军医大学唐都医院神经外科病房内，39岁的自由职业者向阳（化名）正在等待着一个对他来说非常重要的时间点。

　　四年前，他遭遇车祸导致脊髓损伤、四肢截瘫，除了手臂可以动动外，两只手均无法握拳，更无法做精细动作，下肢更是无法行动。“胸口以下零动力，胳膊的活动能力能达到百分之七八十。所以我从前年就开始关注通过脑机接口治疗脊髓损伤的新疗法，今年注意到唐都医院正在开展临床试验，就赶紧报了名。”向阳说，电极植入手术是6月30日由屈延主任主刀进行的，手术非常顺利，术中及术后即刻测试，128通道信号全部良好。因为对这项技术比较了解，他没怎么担心。

　　记者注意到，他头顶前部的头发有个圈，显然是手术后头发尚未长齐形成的，圈里面便是手术部位。

　　他坐在一张轮椅上，对着桌上的一台笔记本电脑，看起来精神状态不错。轮椅旁挂着体外机，桌上笔记本电脑旁摆着一副特殊的“手套”——脑控辅助手功能训练设备。“希望通过治疗让我能恢复生活自理。当然这是我的美好愿望，我也知道具体情况因人而异。这项技术现在每天都在发展，肯定会越来越先进。我相信我们国家的科技力量。”

　　管床医生王宝副主任医师说，患者在医院住着，护士来回检查测评，保证休息时间，精神状态很好。“但昨晚可能因为患者太激动，只休息了几个小时。”

　　首次开机时间终于到来。

　　屈延主任脑机接口团队的项目组成员为他戴上一个特制的帽子，帽子里组装有脑机接口体外机应用单元，体外机的另一端连着桌上的笔记本电脑。轮椅旁边立着的三脚架上、笔记本电脑的屏幕上方，装着摄像头。

　　随后项目组成员操作电脑完成了开机，顺利开启了当日的脑控训练。

　　首日上午的训练内容，除了学习用意念控制屏幕上的光标，主要是根据指令和动画使用意念控制四肢在想象中做各种动作。

　　“左手抬臂，放松。右手抬臂，放松……”

　　“左手伸腕张拳，放松。右手伸腕张拳，放松……”

　　“左足背屈，放松。右足背屈，放松……”

　　项目组成员介绍，每天的训练分为上午、下午两部分。上午主要是对患者进行使用意念的训练，下午会让患者戴上脑控辅助手功能训练设备——特制的气动手套，它相当于外骨骼，可以随着患者的意念做出相应的动作，并带着患者的手指也去做相应动作。

　　“通过脑机接口技术训练，最终将恢复患者自己的神经功能”

　　根据唐都医院此前发布的消息，这名39岁男性患者因外伤导致颈段脊髓横断伴四肢瘫痪，医院发布脑机接口的临床研究招募信息后，这位患者第一时间线上报名，并通过了严格筛选。入院后，医院神经外科屈延主任团队迅速启动多学科联合诊疗机制，对患者进行了全面、精准的术前评估。术前，多次进行周密详细的手术方案讨论和术区精准定位。术中，在神经导航与脑电生理监测的双重指引下，屈延主任主刀将“北脑一号”柔性皮层电极稳妥置入颅骨下硬膜外间隙，不穿透硬脑膜，成功建立起大脑信号与外部设备之间的“无线桥梁”。这也是西部地区首例“128通道植入式柔性颅内皮层脑机接口手术”，植入的是国产自主研发的“北脑一号”智能脑机系统。

　　这种治疗的原理是什么？

　　唐都医院神经外科屈延主任脑机接口团队的助理研究员张睿俐介绍：“患者脑电信号是正常的，外周神经功能也是正常的，问题出在哪儿？就是脑电信号通过神经传不下去，没办法控制外周神经了。我们现在做的脑机接口工作，就是要把这个环路重建出来。首先是要捕捉、解码患者想要运动的的脑电信号。但通过头皮采集的脑电信号信噪比极低极易被干扰淹没，我们把电极放在了颅骨下硬膜外间隙，这个位置可以非常近距离地捕捉脑电信号，所以获得的脑电信号信噪比是非常高的。我们把患者的运动意图解码后，用这个信号去控制光标、带动外部设备进行训练，这样就可以建立一个完整的运动环路。这个运动过程不断训练、不断强化之后，就有希望把患者损伤的神经打通，重建其原有的、但已经失去的主动运动功能。也就是说，我们本次的脑机接口技术最终有希望恢复的是患者自己的神经功能。”

　　“这是个主动训练过程，跟传统康复的被动训练非常不一样。传统康复训练只能通过按摩去刺激外周神经，并不能起到神经重塑的作用。神经是有可塑性的，我们通过脑机接口技术训练不断去激活它，能让其残存的神经功能充分发挥作用，从而达到增强功能和重塑神经的目的。”

　　7月17日张睿俐告诉记者，从这几天的训练情况来看，患者的脑电信号很好，这说明脑电信号的采集解码效果很好。“目前患者已经可以用意念指挥动气动手套了。现在患者看着电脑屏幕，通过意念给气动手套发出指令，手套就会带着患者的手指做抓握、伸展动作了。这个训练至少需要三个月时间，但患者希望能回家训练。这是个无线植入式脑机接口，对家庭康复非常友好。跟其他脑机接口技术相比，有的脑机接口像是天线一样穿过头皮，这样就只能住在医院了，因为回家护理不到位很可能会感染。我们这个手术做完后所有头皮都是完整的，患者头皮愈合后洗澡也是没问题的，没有额外感染的风险，所以是可以居家康复的，这套设备也是可以带到家里去的。”

　　植入的电极将来需要取出来吗？张睿俐说：“手术植入的是一个大致5×5厘米薄如蝉翼的国产电极，位置在颅骨下硬膜外，放在对应患者手部的感觉和运动区域，也覆盖对应了一些下肢运动功能区，但下肢在脑结构学的位置比较深。手部恢复得好，就可以带动下肢有一定恢复，但这是远期效果。本次脑机接口植入的位置主要是为了解决上肢问题。就手术风险而言，这种手术因为连硬膜都没有打开，对神经外科来说是一个安全性较高的手术。”

　　“因为现在还在临床试验阶段，患者的手术费包括前期的一些筛查费用以及住院费、护理费，这些都是全免的。这是个非常难得的机会，不仅可以让患者获益，还能减免更多的费用，所以我们的招募消息发布后许多患者都很关注。因为还在临床试验阶段，纳排标准非常严格。我们大概筛选了1000多个患者，最后入院筛查时是两个。入院后又根据功能影像是否适合电极适配做了进一步筛选，最后只有一个患者入选，所以能被选中非常不容易。等脑机接口技术越来越成熟，纳排标准肯定会放得越来越宽，会普及更多患者。目前我们主要针对的是脊髓损伤的高位截瘫患者，未来普适患者人群会越来越多，受益人群也会越来越多。”

　　柔性电极位于硬脑膜外，体外设备无线供电并传输脑电信号

　　项目研发人员赵斌介绍，“北脑一号”由北京脑科学与类脑研究所联合北京芯智达神经技术有限公司共同开发，研发基地在北京。“这是西部首例128通道脑机接口植入手术。全国范围已有超36例临床试验，其中北京居多，这是因为北京有跨学科优势和丰富临床资源。”

　　“其实人脑最起初的脑电信号来自于神经元，神经元放电后会向外传递。要是能直接采到神经元上的信号，那是最精确的，马斯克就是这样做的，但这样做风险性也比较高。我们‘北脑一号’采集的是硬脑膜外的信号，这样风险性相对较低，同时也能比较好地采到脑电信号。”

　　大脑神经元数量太多了，如何确保采集到的就是想要的脑电信号？赵斌介绍，人脑是有不同的功能分区的，要帮助脊髓损伤患者恢复四肢运动功能，就要在相对应的区域做电极植入，这样就能比较准确地采集到需要的脑电信号，同时医生也会根据CT或其他方式确定应该植入在哪个脑区。

　　说是脑机接口技术，但并未见到患者头部留有电子接口，这套设备是如何实现对颅内植入部分进行供电和信号输出的？赵斌介绍，“北脑一号”植入体内的部分主要包含电极部分、主机部分和供电线圈部分，电极贴附在硬膜外，主机固定于颅骨硬币大小的骨窗，头皮完全缝合；体外机为穿戴式设备，通过无线方式为体内机供电并进行数据通信，训练时戴上“帽子”就可以通过体外设备给体内机无线供电，并将脑电信号捕捉后传输出来，在电脑上进行解码分析后，反馈给气动手套，带动患者做相应的动作。整体而言电极和解码是最难、最重要的部分。

　　“‘北脑一号’采集的是ECoG信号，在通道数选择上，我们综合考量了临床实际需求、长期稳定性等多重因素，经过反复验证，最终确定128通道为当前最优配置。这一通道数本身就是半侵入式脑机接口在全球实现无线全植入人脑的最高信号通量，完全可以满足运动解码和中文言语解码的临床需求。”

　　“现在每个患者开始训练后，我们都会配备专门的脑机接口临床适配师。他们不仅要了解设备还要熟悉患者，给患者教明白很多具体操作。因为每个人都是不太一样的，想的方式也不一样，脑机接口和患者存在着相互适配的过程。在这个过程中，脑机接口临床适配师起着至关重要的作用。”

　　根据对其他患者的追踪，有3个多月就可脱离气动手套恢复自主抓握的

　　“北脑一号”厂家工作人员、脑机接口临床适配师夏女士说：“这套设备是我们公司研发的，患者的整体训练也是由我们负责。为帮助患者恢复，我们每天都会关注患者的睡眠情况、情绪状态、身体状态、精神状态，在比较合适的时候训练，状态不好就及时调整。一般是上午做光标训练，下午做气动手套训练。训练中有的患者容易瞌睡，我们就在患者容易瞌睡时做气动手套训练，因为主动抓握就不容易瞌睡。”

　　“气动手套跟外骨骼差不多。原来是想动但手不能动，现在通过设备只要想动就能动起来。从想了不能动变成想了就能动，这个过程其实是患者用意念指挥外骨骼带着手在动，这样就形成了正反馈。神经是具有可塑性的，这个过程类似于学习：一开始效果并不理想，经过反复练习后慢慢形成正向反馈，后续改善就会愈发稳定。原本意念下达后肢体无法活动，是神经通路发生中断，我们通过训练实现意念支配肢体活动，不断累积正向反馈，促使受损神经通路逐步重建。等到神经通路自行修复完善，脱离外接设备后患者肢体也可以自主活动。我们的最终目的，就是希望患者能够脱离外部设备。”

　　“这位患者是脊髓颈部损伤高位截瘫，患者的手臂还可以做部分活动，但再往下手和腿部就完全丧失功能了。我们希望通过治疗使他的手部功能基本能恢复到跟正常人差不多，比如能正常吃饭、正常抓握喝水。这个产品虽然主要是针对上肢，但神经通路是整体的，上肢有一定恢复，下肢的运动功能或者二便功能可能也会有一些恢复。”

　　患者需要多长时间训练才能真正恢复自主运动？夏女士说，“根据我们对其他患者的追踪，现在有3个多月就可以脱离气动手套基本恢复自主抓握能力的。但因每个患者的神经损伤情况不同，个人差异性比较大，并不是所有患者恢复进度都一致。”

　　未来不同的脑机接口技术，可能会细分适用不同的疾病

　　张睿俐说：“这次脑机接口新闻发布后不仅有截瘫患者和脑卒中、脑出血患者，还有很多盲人患者也联系我们询问随着脑机接口技术的发展，是不是以后就可以恢复视力了？未来不同的脑机接口技术可能会细分适用不同的疾病：需要高精度解码的脑机接口，就通过侵入式、半侵入式的神经外科手术手段来解决；不需要这么高精度的脑机接口，或者说将来在打通了无创脑机接口和侵入式脑机接口的桥梁之后，就可以用无创手段去治疗比如急性期的脑卒中、脑出血这些偏瘫患者，让脑机接口技术能惠及更多的患者。”

　　“无创脑机接口不用植入电极，像是戴了个帽子一样就可以进行治疗。植入式和无创的最大区别就是脑电信号精度的问题：脑电信号精度越高，解码的精度也就越高，能控制的动作就越精细。但无创脑机接口也有很多好处：纳排标准宽泛，可以应用的患者群体更大。比如有持续性的癫痫、受过脑外伤，脑结构不完整，或者患者精神压力比较大有明显的焦虑、抑郁情况，以及有全身器质性炎症或者活动性感染等，这些肯定是不适合做植入式脑机接口的，但无创脑机接口就可能提供了一个治疗方向。”

　　脑机接口技术充分发展后会带来什么样的颠覆性变化？会不会像很多人想象的连学习都不用像现在这样漫长而辛苦了，各种各样的有用知识直接通过脑机接口就可以输入到大脑里？

　　张睿俐说，这是大家对未来的美好畅想，确实是非常美妙的想法。因为存在很多问题需要解决，这个目标即便能实现估计也会很漫长。但随着越来越多的神经科学家、工程师包括社会各方面都投入到脑机接口技术中来，未来有一天也许大家获取知识的速度和神经重塑的过程会发生质的改变。“若仅从技术方面来分析，要实现这种想法，其实主要就是神经编码，就是把外界信息重新编码输入到大脑里面去。肯定得解决这几个问题：一个是材料问题，要解决生物相容性问题，即如何让材料能长时间在大脑里面停留，并能保持高度的记录神经信号的精确性，且保持电极不失效；一个是神经编码问题，需要神经科学家去做编码的工作。另外还需要神经外科医生解决如何能把电极更准确地植入到目标脑区的问题。总的来说，需要社会各个方面投入，最终才能达到这样的目标。”

　　“当然如果技术真的发展到这个地步，伦理风险也确实会很大。但伦理方面的问题需要伦理专家和社会各方面共同来解答，这不是科学家能解决的。如果真的实现了，那时候的知识更新、科技发展的速度一定会非常非常快。希望我们能见证这样一个伟大的时代的到来。”

　　脑机接口技术在西安的应用已落地生花

　　据了解，脑机接口技术在西安医疗健康领域的应用，除了唐都医院还有西安医学院第一附属医院。

　　目前，西安医学院第一附属医院正在全力推进“陕西省首个脑机接口专科医院”的筹建工作，这个非侵入式脑机接口医院即将宣布开业。西安医学院一附院沣东医院康复科通过无创脑电采集设备捕捉患者手部运动意念，实时反馈刺激受损运动脑区，一位脑梗后偏瘫患者的手功能等级从“废用手”提升至“辅助手A等级”，实现了自主抓握和日常自理。西安医学院第一附属医院的签约合作伙伴——依托西安交通大学技术孵化的西安臻泰智能科技有限公司也在推动脑机接口技术产业化，其头盔式脑电接口设备已服务全国300多家医院，帮助瘫痪患者通过意念控制外骨骼实现站立和行走。

　　而中国科学院西安光机所生物医学光谱实验室在脑机接口的基础理论研究方面取得了新进展：科研团队结合颅内脑电图与高精度眼动追踪技术，首次解析了人脑在处理新信息与熟悉信息时，海马体与额叶眼动区的动态协同机制。这个发现为基于脑机接口的闭环神经调控治疗提供了新理论依据，团队正着手构建面向记忆改善的闭环脑机接口系统，旨在针对阿尔茨海默病等神经精神疾病进行精准干预。

　　除了医疗健康领域，脑机接口技术在西安其他领域也有应用。比如西安市新城区应急管理局正在积极推进将脑机接口与具身智能技术相结合，应用于应急管理领域。该项目已进入实质性合作阶段，旨在通过前沿科技提升城市安全治理能力。

　　据《解放日报》报道，复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩深耕脑机接口领域20余年，见证了脑机接口如何从默默无闻的“冷板凳”成为如今炙手可热的未来产业。王守岩认为，当前的产业热度，并非一夜之间形成，而是技术积累、政策引导与资本涌入长期共振的结果。随着侵入式医疗器械获批上市、非侵入式技术在康复与消费领域加速落地，以及我国“十五五”规划纲要将脑机接口列为未来产业重点，产业的种子已经逐步成熟，能否耕耘一片肥沃的科创土壤，成为其破土而出的关键。

　　在全国范围内，今年4月国家药监局正式批准了由清华大学洪波教授团队研发的全球首款植入式脑机接口医疗器械（NEO 系统）上市。这标志着该技术已完成从实验室到临床的转化，成为全球首个进入临床应用阶段的侵入式脑机接口产品。据央视报道，7月13日，植入式脑机接口手部运动功能代偿系统（NEO）获批上市后的首张处方已在上海开出，全球首例植入手术在复旦大学附属华山医院完成。一项曾仅限于实验室的前沿技术，由此成为符合条件的患者可以评估使用的医疗器械。从3月13日获得注册证从而斩获全球“首证”，到7月13日开出全球“首方”，该国产脑机接口设备仅用四个月就实现了从创新研发到落地诊疗的跨越。目前，该脑机接口系统已纳入上海“沪惠保”保障范畴。

　　但对于脑机接口技术在医疗健康领域的应用，也有投身其中的专家提醒公众别被信息误导。根据一些公开报道，中科院赵继宗院士说：“脑机接口本身也不是一个病因治疗，它也是病人到这个程度了辅助的技术，脑机接口为这些病人的后遗症提供了一个新的康复途径。目前脑机接口在临床应用中一个主要的问题就是它长期的工作情况怎么样。” 清华大学洪波教授说：“大家不要忘了脑机接口的基础还是脑科学。大家可能误解了脑机接口是一个成熟的技术。但是很多对于大脑如何编码信息、如何控制运动、如何编码记忆意识这些规律还正在实验室里面研究，这部分的工作应该成为今天甚至是未来脑机接口的基础。很多关键的器件，比如说芯片和电极还在攻关当中。并不是像大家想象的那样，这些都已经具备。”

　　脑机接口技术，当下和未来会带来哪些变化？

　　有观察人士分析认为，脑机接口技术当前正从实验室研究加速走向产业化落地。其发展潜力覆盖医疗、工业、消费、科研等多个维度，短期以医疗刚需为核心突破口，长期将重塑人机交互范式，是全球公认的未来产业核心赛道之一。

　　目前，医疗健康领域是脑机接口技术最成熟、商业化最快的核心赛道。在这个领域，其核心潜力主要体现在四大方向——

　　神经功能重建与代偿：针对脊髓损伤、中风、渐冻症等导致的瘫痪、失语患者，通过解码大脑运动/语言意图，驱动机械臂、外骨骼、辅助手套等设备，帮助患者恢复进食、抓握、打字、交流等基础能力。

　　感官功能修复：通过电刺激视觉、听觉皮层，为失明、失聪患者重建基础感知能力；相关技术也在探索触觉、本体感觉的人工重建。

　　神经疾病精准诊疗与调控：可用于癫痫灶精准定位、帕金森病的闭环脑深部电刺激，大幅提升治疗精准度；同时在抑郁症、强迫症等精神疾病，以及阿尔茨海默病早期预警、病程动态监测中展现出独特价值。

　　主动康复训练：针对中风、脑外伤后患者，通过脑机接口触发主动神经可塑性，比传统被动康复更有效加速运动、认知功能的恢复，已成为康复医学的重要新兴方向。

　　未来，脑机接口技术的应用场景还会进一步扩大——

　　有望打破键鼠、触屏的交互局限，成为下一代人机交互的核心入口，实现高效意念交互、具身智能协同、沉浸式数字交互。比如，直接通过脑信号发送指令，在高并发、高精度操作场景下效率远超传统输入方式，结合AI大模型可实现“意念指令-AI执行-结果反馈”的闭环，大幅放大人类操作能力。可实现脑控工业机器人、人形机器人、无人机集群，适配复杂精细作业场景，尤其适合远程操控、危险环境作业，实现“人脑决策+机器执行”。在VR/AR、元宇宙场景中，无需手柄即可通过脑信号控制虚拟角色、触发交互，甚至直接解码视觉想象生成内容，彻底提升数字体验的沉浸感与自然度。

　　有望在高危作业、极端环境作业场景中，实现效率与安全的升级。比如在矿山、电力、核能、危险品生产等场景，可实时监测作业人员的脑疲劳、注意力涣散、身体异常状态，提前预警昏厥、中毒等风险，保障生产安全。面向深海、深空、高原高寒等人员难以直接抵达的场景，降低远程设备操作门槛，支持“一对多”操控多台设备，显著提升复杂环境作业效率。

　　有望助力基础科研和认知增强，解锁大脑底层机制。高精度脑信号采集与解码技术，能帮助人类解析记忆、意识、情绪、认知的神经机制，为脑疾病治疗、类脑智能研发提供底层理论支撑。在认知功能干预方面，短期可实现精准睡眠调控、注意力提升；中长期有望实现记忆修复、学习效率增强，为神经退行性疾病导致的认知衰退提供干预方案。

　　随着无创脑机接口技术成熟、设备轻量化小型化，未来有可能融入智能穿戴设备，走进日常场景，实现消费级普惠。比如在日常脑健康监测方面实时评估脑疲劳、睡眠质量、情绪状态，提供健康干预建议；在教育方面进行专注力训练、认知能力提升；在沉浸式娱乐方面实现意念控制游戏、沉浸式互动内容。

　　从更远期的前沿潜力来看，脑机融合、脑际通信（大脑间直接信息传递）、碳基智慧与硅基算力深度融合等方向，有可能彻底改变知识传递、信息交互的底层形态。但要实现这样的远期目标，需要长期技术突破，并必须要配套完善的伦理与隐私规范。

　　华商报大风新闻记者 马虎振 文/图（部分照片由唐都医院提供）

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