高位截癱患者在大腦植入腦機接口系統(tǒng)后，憑意念，即可如指使手臂一樣操控電動輪椅在小區(qū)遛彎，指揮機器狗取回外賣……這一幕，超越了傳統(tǒng)醫(yī)療的想象。
上述成果，來自中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（簡稱“腦智卓越中心”）趙鄭拓、李雪團隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院及相關(guān)企業(yè)，近日開展的第二例侵入式腦機接口臨床試驗。
今年6月，該團隊進行了國內(nèi)首例侵入式腦機接口臨床試驗，為一位四肢截肢患者的大腦植入腦機接口，使其能通過意念控制觸摸板在電腦上下象棋、玩賽車游戲等。時隔半年，第二例侵入式腦機接口臨床試驗宣告成功。經(jīng)過幾周的腦機訓(xùn)練和適應(yīng)，這位高位截癱患者具備在線上通過視頻做無人貨柜貨物分揀的能力。
侵入式腦機接口實現(xiàn)生活場景應(yīng)用新突破。
“與第一例患者主要專注于電子設(shè)備控制相比，第二例的突破主要在于從二維到三維、從虛擬到物理、從基礎(chǔ)控制到生活融合。”趙鄭拓研究員介紹，基于第一代高通量無線侵入式腦機接口系統(tǒng)WRS01，他們又發(fā)布了“升級版”WRS02，讀取數(shù)據(jù)速率較之前提高了4倍。WRS02的首例前瞻性臨床試驗計劃在近期開展。他希望加速推動新品臨床轉(zhuǎn)化與應(yīng)用驗證，讓腦機接口技術(shù)真正走向臨床落地應(yīng)用，并以開放的心態(tài)與各類智能設(shè)備、應(yīng)用平臺等合作，共同推動我國腦機接口技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。
進展：從“二維交互”到“三維生命拓展”
第二例患者2022年因一次不幸的摔倒導(dǎo)致脊髓損傷、高位截癱，經(jīng)過一年多的康復(fù)，情況未有改善，僅剩頭頸部可以活動。今年6月，他植入了趙鄭拓團隊研制的侵入式腦機接口，生活開始發(fā)生變化。
最初，他經(jīng)過2—3周的訓(xùn)練，實現(xiàn)了對電腦光標(biāo)、平板電腦等電子設(shè)備的控制。但他有更深層的渴望——重新“觸摸”和影響真實的物理世界，拓展自己被身體“困住”的生活邊界。
為此，技術(shù)團隊將應(yīng)用場景從電子屏幕拓展至物理外設(shè)。智能輪椅和機器狗成為了新的控制對象。這不僅需要解碼“向左”“向右”的簡單意圖，更需實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、低延遲的精準(zhǔn)控制，以應(yīng)對真實環(huán)境中復(fù)雜的路面狀況和交互任務(wù)。
高位截癱患者（左）通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的腦機接口系統(tǒng)意念控制輪椅。
高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機接口系統(tǒng)參與線上數(shù)據(jù)標(biāo)注工作。
高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機接口系統(tǒng)意念控制機器狗。
為實現(xiàn)這一目標(biāo)，團隊在技術(shù)上實現(xiàn)了多層突破。首先是在信息提取的“源頭”進行了革新。他們開發(fā)了高壓縮比、高保真的神經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，即便在神經(jīng)信號相對嘈雜的環(huán)境中，也能高效提取有效信息，將腦控性能整體提升了15%—20%。
生活場景中充滿聲、光、電磁等各類噪聲，患者的生理、心理狀態(tài)也會波動。團隊攻克了這些被稱為“跨天穩(wěn)定性”的臨床落地障礙，引入了“神經(jīng)流形對齊技術(shù)”，從高維、多變的神經(jīng)信號中，提取出代表核心意圖的、穩(wěn)定的低維特征，確保了解碼器輸入端的穩(wěn)定與可靠。
傳統(tǒng)系統(tǒng)需要患者定期停下來進行專項校準(zhǔn)，而該團隊研發(fā)的“在線重校準(zhǔn)技術(shù)”系統(tǒng)，能在患者日常使用過程中，實時、無聲地微調(diào)解碼參數(shù)，使系統(tǒng)性能始終保持在高位，實現(xiàn)了“越用越順手”的體驗。
至關(guān)重要的第三環(huán)是“速度”。人體自然神經(jīng)環(huán)路的傳導(dǎo)延遲大約在200毫秒左右。團隊將腦機接口系統(tǒng)從信號采集到指令下發(fā)至外設(shè)的端到端延遲，壓縮到了100毫秒以內(nèi)，甚至低于人體自身的生理延遲。這使得患者的控制體驗流暢自然，意念與動作幾乎同步。
在與趙鄭拓當(dāng)面交流時，患者如此描述自己的感受：“就像控制游戲里的人物，不用特意去想搖桿要往哪個方向擺，想往哪個方向就自然而然地過去了。信號傳輸比較穩(wěn)，也沒有太多延時。”
目前，該科研團隊的第三例侵入式腦機接口患者的臨床試驗也已完成。“我們使用的都是通用接口和設(shè)備，比如價格親民的家用機械臂、機器狗，就像藍(lán)牙、鼠標(biāo)一樣通用，希望患者通過操控一個統(tǒng)一而通用的盒子，達(dá)到控制諸多外設(shè)設(shè)備、更大自由度的機械臂。”
挑戰(zhàn)：誰能使用腦機接口？如何與AI共同演進？
2024年1月，馬斯克創(chuàng)辦企業(yè)Neuralink完成世界上首例腦機接口設(shè)備植入臨床試驗，轟動全球。短短兩年，伴隨著這項技術(shù)從實驗室走向臨床試驗，腦機接口在醫(yī)療康復(fù)、智能交互等領(lǐng)域迎來了突飛猛進。這項技術(shù)也在社會上引發(fā)了認(rèn)知熱潮和倫理討論。
對此，趙鄭拓持審慎態(tài)度：“新技術(shù)往往‘短期被高估，長期被低估’。”
中國科學(xué)院院士、腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明說，腦機接口不是什么新鮮事物，這個領(lǐng)域的研究已開展近30年，但在Neuralink之前，科研人員一直未能很好地解決腦機接口設(shè)備微小化、系統(tǒng)化、無線化的問題，患者往往要頭上套一個帶“辮子”的有線系統(tǒng)，才能實現(xiàn)大腦與外界的連通，采集、讀取腦神經(jīng)信號來控制外部設(shè)備。
蒲慕明透露，他要求科研團隊在后續(xù)階段的臨床試驗，做到更精確、更精細(xì)地控制機械手，比如“意念”操控機械手彈奏一首鋼琴曲。
趙鄭拓勾勒了一個清晰的技術(shù)發(fā)展路徑圖：短期（三年內(nèi)），運動、語言功能重建將實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用；中期（五年內(nèi)），人工視覺、聽覺等感知覺修復(fù)，以及對帕金森、抑郁癥等神經(jīng)精神疾病的精準(zhǔn)調(diào)控將取得突破；長期（十年左右），高度微創(chuàng)化的系統(tǒng)有望催生醫(yī)療消費乃至普通消費場景，實現(xiàn)某種程度的功能增強。
這其中，腦機接口與AI的深度融合，備受關(guān)注。趙鄭拓將兩者的關(guān)系分為三個層次：首先是“AI for BMI”，即利用AI算法來解碼復(fù)雜的神經(jīng)信號，這是當(dāng)前的基礎(chǔ)。其次是“BMI with AI”，即腦機接口作為人類高級意圖的發(fā)出端，與具備自主執(zhí)行能力的具身智能機器人等協(xié)同工作。第三層是“人機融合”，未來人類對外設(shè)的控制，將不再是發(fā)送詳細(xì)的運動指令，而是像控制自己肢體一樣，通過神經(jīng)活動模式的直接耦合來實現(xiàn)“無感操控”。
腦智卓越中心微納電子加工平臺加工侵入式腦機接口柔性電極。
蒲慕明認(rèn)為，兩大熱門領(lǐng)域腦機接口與AI，進展將是平行的，既是我國“十五五時期”科技創(chuàng)新的重點，也是國際科技競爭的主要領(lǐng)域，“我國的腦機接口應(yīng)用更側(cè)重社會需求，同時，開源的模式惠及這個領(lǐng)域的每一位研究者”。
新技術(shù)帶來平權(quán)還是新的不平等？蒲慕明提醒，這兩個領(lǐng)域?qū)矶家媾R倫理問題：“腦機接口如果應(yīng)用在一個正常人身上達(dá)到設(shè)備增強目的，就是違反科學(xué)倫理的，好比參賽者靠吃興奮劑完賽勝出一樣，是不公平的。誰可以使用？用來做什么？使用的邊界在哪里？這些問題亟待厘清。”
趙鄭拓說，盡管前路仍有關(guān)鍵技術(shù)、倫理法規(guī)、成本控制等諸多挑戰(zhàn)，但科研團隊正穩(wěn)步推動腦機接口從“生命的重建”走向“潛能的拓展”，腦機接口的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，只有兼顧技術(shù)創(chuàng)新銳度與人文關(guān)懷溫度，才能走得長遠(yuǎn)。
院士呼吁：發(fā)掘扶持來自產(chǎn)業(yè)界青年人才，做出腦機接口的中國Deepseek
在腦機接口領(lǐng)域，存在著“技術(shù)展示”與“真實應(yīng)用”的潛在張力。一些演示可能追求視覺震撼，但李雪說，他們的原動力就是解決患者真實生活中的具體問題。三年前在開發(fā)第一代原型機時，就開始構(gòu)思如何幫助患者恢復(fù)工作能力，“為家庭減負(fù)”。
趙鄭拓認(rèn)為，腦機接口的價值實現(xiàn)，離不開外部智能設(shè)備的發(fā)展。正是電動輪椅、機器狗、人形機器人等智能外設(shè)的成熟與普及，才讓腦機接口的“意念控制”有了用武之地，能實實在在提升患者生活質(zhì)量。團隊主動與這些外部設(shè)備廠商合作，共同定義控制協(xié)議和應(yīng)用場景，形成了“腦機接口搭橋，智能外設(shè)賦能”的共贏模式。
事實上，外設(shè)產(chǎn)品的開發(fā)是“倒金字塔”狀的產(chǎn)業(yè)化思維。團隊介紹，腦機接口的核心是“神經(jīng)界面”（電極），目前已趨于產(chǎn)品級成熟；之上是微創(chuàng)化、可靠性的“系統(tǒng)集成”，他們已推出全球體積最小的植入體之一；再往上是“數(shù)據(jù)與算法”，通過臨床規(guī)模化獲取數(shù)據(jù)燃料，驅(qū)動性能進化；塔尖則是基于神經(jīng)科學(xué)理解的“應(yīng)用場景拓展”。每一層都需扎實，才能支撐起規(guī)模化應(yīng)用。
第二例臨床試驗參與者在腦控輪椅過程中與趙鄭拓（左）交流控制體驗。
科研團隊成員李雪（左）、趙鄭拓（中）、馬天宇（右）在討論試驗進展。
趙鄭拓透露，負(fù)責(zé)完成植入手術(shù)的復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院團隊，已將手術(shù)創(chuàng)傷控制在毫米級。他們的目標(biāo)是未來將植入手術(shù)變得像“打耳釘”一樣簡單、微創(chuàng)，從而讓技術(shù)能夠惠及更廣泛的患者群體，乃至打開非醫(yī)療場景的大門。
作為全國率先開展腦機接口關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)布局的城市，上海成立了市級重大科技專項，蒲慕明擔(dān)任首席科學(xué)家，成員單位有七八家高校科研院所。“腦機接口不缺項目不缺經(jīng)費和投資，缺的是創(chuàng)新人才。”蒲慕明認(rèn)為，目前我國從事腦機接口的科研人員主要集中在科研院所里，缺少來自產(chǎn)業(yè)界的創(chuàng)新人才。“腦機接口的技術(shù)源頭還是在美國，他們最重要的創(chuàng)新力量來自企業(yè)，為技術(shù)創(chuàng)新提供不竭動力。我國腦機接口領(lǐng)域的Deepseek還沒出現(xiàn)”。
蒲慕明從人才引進角度進一步闡釋他的觀點。2020年，在一次線上學(xué)術(shù)報告會上，蒲慕明聽到趙鄭拓的報告，“想法新穎，令人印象深刻。”腦智卓越中心當(dāng)即決定遠(yuǎn)程面試趙鄭拓。
“如果按照引進人才條件要求，他和李雪是不符合的，趙鄭拓在美國做博士后，也沒拿到人才‘帽子’，李雪剛剛博士畢業(yè)。但我們看中他們的創(chuàng)新能力，事實也證明了他們的創(chuàng)新活力。”蒲慕明在接受大江東工作室采訪時，毫不諱言地指出當(dāng)前人才引進存在的“唯頂刊論文”“唯帽子”等現(xiàn)象，他建議國家成立腦機接口青年人才科研基金，專門資助那些在從事早期研究的碩士生、博士生以及小團隊，而不是將科研經(jīng)費分給已經(jīng)做出成果的大團隊，從政策上、體制機制上鼓勵創(chuàng)新人才向腦機接口領(lǐng)域集聚。
（文中配圖及視頻均由腦智卓越中心提供）
