科技創(chuàng)新是醫(yī)學(xué)進步的持久動力。近年來，隨著信息技術(shù)、智能技術(shù)等快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新站到了新的歷史起點上，腦科學(xué)與類腦智能、干細胞與再生醫(yī)學(xué)、人工智能、基因治療等技術(shù)在疾病診療中顯示出巨大潛力，眾多疾病的診療手段和方案在不斷提質(zhì)升級。這些技術(shù)是如何取得突破的?醫(yī)師科學(xué)家們有哪些鮮為人知的故事?它們的應(yīng)用意味著什么?會給人們的生命健康保障帶來哪些變化?

為展示醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新成果，發(fā)揮醫(yī)師科學(xué)家榜樣作用，弘揚勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，健康北京、健康報推出《前沿訪談》欄目，深度采訪北京市醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新院士、北京學(xué)者等“領(lǐng)航”權(quán)威專家，解密前沿醫(yī)學(xué)科技，講述醫(yī)學(xué)創(chuàng)新故事，展望衛(wèi)生健康未來，大力營造尊重科學(xué)、尊重人才、勇于創(chuàng)新的良好氛圍。

腦機接口

為大腦通信另辟蹊徑

訪談嘉賓

趙國光

北京學(xué)者

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院黨委副書記、院長

國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院黨委副書記、院長，國家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任，北京學(xué)者。長期從事功能性腦疾病的診療與轉(zhuǎn)化研究，首次發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)的傳播機制;首創(chuàng)基于立體定向腦電圖交叉消融的微創(chuàng)治療體系及無創(chuàng)數(shù)字療法，相關(guān)診療方案被納入國際相關(guān)指南;研發(fā)了首臺具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的神經(jīng)外科手術(shù)機器人，該機器人被推廣至全國200余家醫(yī)院。

Q

腦機接口作為一個新名詞、一項新技術(shù)，近來得到人們密集關(guān)注。請您解釋一下腦機接口到底是什么?

北京學(xué)者趙國光教授

通俗地來講，腦機接口就是采集人的意念，經(jīng)過算法處理、信號分析，將其轉(zhuǎn)化為機器可識別的指令，并支配氣動手、機械臂、輪椅等外部器械，實現(xiàn)腦機聯(lián)合。

大腦意念產(chǎn)生腦電波支配肢體就有了相應(yīng)的動作，就像指揮部發(fā)出信號指揮士兵。患者神經(jīng)系統(tǒng)受損會造成指揮部和士兵之間的通信受阻，腦機接口就是幫助重新打通這個鏈路。

人的頭部從外向里看，依次是頭皮、顱骨、硬腦膜、大腦皮層等結(jié)構(gòu)，腦機接口裝置的放置位點不僅影響著信號的采集，也影響著受試者的安全，各家公司對此有各自的研發(fā)理念和考量。

從目前實踐來看，一種是無創(chuàng)的非侵入式，就是將腦機接口裝置放在頭皮上，其優(yōu)點是安全性高，但是信號采集的敏感性較弱。另一種是侵入式，將腦機接口裝置插至大腦皮層，創(chuàng)傷大、風(fēng)險高，利用這種方式的患者往往需要長期在醫(yī)院進行訓(xùn)練，很難回歸家庭。還有一種是我們正在探索的介于上述兩者之間的位置，這種腦機接口裝置包括采集腦電信號的電極、運算處理的體內(nèi)機(芯片)和供電的體外機。將體內(nèi)機埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬腦膜外，在保證顱內(nèi)信號質(zhì)量的同時，不破壞神經(jīng)組織。

Q

從概念提出至今，這項技術(shù)經(jīng)歷了哪些階段?

北京學(xué)者趙國光教授

要談腦機接口，就繞不開人工智能。大約70年前，人工智能之父阿蘭·麥席森·圖靈提出了一種被稱作圖靈試驗的方法，意在測試機器是否具備人類智能。后來，越來越多的行業(yè)、領(lǐng)域開始探索人工智能的可能性。

人工智能可以分析大量的腦電信號數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，幫助人們更好地理解大腦的區(qū)域分布和工作原理。這為腦機接口的發(fā)展提供了條件。

我們團隊聯(lián)合清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團隊，經(jīng)過兩三年時間的努力，在去年10月共同完成了無線微創(chuàng)植入腦機接口NEO(Neural Electronic Opportunity)首例臨床植入試驗。經(jīng)過3個月的居家康復(fù)訓(xùn)練，一名四肢截癱的受試患者目前可以通過腦電活動驅(qū)動氣動手套，實現(xiàn)自主喝水等腦控功能。不僅如此，我們發(fā)現(xiàn)患者手指也有了更強的觸覺。

關(guān)于腦機接口的探索才剛剛起步，目前都是一些個案。我們希望能開展多中心、前瞻性、隨機對照的研究，對患者進行長期的治療和觀察，未來能夠形成一些新的診療方案，促進腦科學(xué)的發(fā)展。這個過程可能會涉及腦機接口裝置的測試、受試患者的選擇、臨床醫(yī)生對適應(yīng)證的把握，植入裝置以后還需要進行長時間的信號采集、分析、管理、康復(fù)訓(xùn)練。這是一個系統(tǒng)工程，還有更多環(huán)節(jié)需要細細打磨。

Q

近段時間，我國在腦機接口領(lǐng)域頻頻有好消息傳出。目前，我國在腦機接口的相關(guān)科研、成果轉(zhuǎn)化等方面的進展如何？

北京學(xué)者趙國光教授

腦機接口技術(shù)是一個多學(xué)科聯(lián)合和交叉的領(lǐng)域，需要計算機科學(xué)、材料學(xué)、智能算法、醫(yī)學(xué)等學(xué)科進行結(jié)合，我國在這方面有積極應(yīng)對和相應(yīng)的頂層設(shè)計。如果要看整個國家的發(fā)展位置，我認為我國處在腦機接口研發(fā)的第一集團。無論是產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)，還是應(yīng)用與臨床場景的開發(fā)，我們都走在了前面。

Q

腦機接口技術(shù)的發(fā)展依賴于醫(yī)工融合，但對于很多醫(yī)務(wù)工作者來說，醫(yī)工融合是一個全新的挑戰(zhàn)。在您看來，醫(yī)工融合團隊該如何組建，怎樣發(fā)揮更好的效果？

北京學(xué)者趙國光教授

醫(yī)工融合是一個體系問題，要依托于新醫(yī)科的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)專業(yè)之外融入其他學(xué)科。比如，神經(jīng)科學(xué)就包括認知神經(jīng)科學(xué)、計算神經(jīng)科學(xué)、電生理等方面知識，磁共振成像也需要通過結(jié)合物理方式來實現(xiàn)疾病診斷。這些都需要醫(yī)工融合團隊共同完成。對于腦機接口技術(shù)來說，更是如此。

一般來說，做基礎(chǔ)研究的科研人員往往不了解臨床需求，臨床醫(yī)生雖有想法，但很難獨自設(shè)計制造具體的器械設(shè)備，所以需要不同學(xué)科的人員形成一個團隊。但團隊組建起來并沒有那么容易，在我看來，聚在一起是團伙，心在一起才是團隊。

Q

聽了您的講述，我對腦機接口充滿了期待。請您透露一下，腦機接口未來還會造福于哪些患者？

北京學(xué)者趙國光教授

腦機接口能解決什么問題，依然是個臨床問題，也是個科學(xué)問題。一個好的想法，一套好的裝置，要結(jié)合到一個恰當(dāng)?shù)倪m應(yīng)證的治療當(dāng)中，才能發(fā)揮更多作用。

由于腦機接口技術(shù)需要采集腦電信號，因此我們關(guān)注更多的是大腦的基本功能在缺失受損以后是否能通過腦機接口技術(shù)進行改善。最常見的大腦疾病引起的損傷包括運動功能障礙、語言功能障礙、情感障礙。具體就疾病來說，比如引起偏癱的腦卒中、導(dǎo)致語言功能喪失的腦血管疾病、脊髓損傷，以及漸凍癥、抑郁癥等疾病都是臨床面臨的巨大挑戰(zhàn)，目前還沒有方法治愈。腦機接口應(yīng)該在這些方面進行積極探索。

然而，人們也不能將腦機接口看作靈丹妙藥，認為它能解決所有問題。因為能夠記錄到的神經(jīng)元的放電信號是有限的，目前技術(shù)還不能將腦電信號完全解碼，還有很長的路要走。讓我們興奮的是，現(xiàn)在又多了一種新方法，讓所有相關(guān)學(xué)科的專家能夠圍繞相同目標組成團隊，共同攻克那些目前還不能治愈的疾病。