植入式腦機接口（iBCIs）是一種通過植入大腦的電極來記錄神經活動并將其轉換為外部設備控制命令的技術，旨在恢復癱瘓或其他損傷患者的運動、感覺和語言功能。自1998年以來，iBCIs已經進入臨床試驗階段，主要針對中風、脊髓損傷（SCI）以及肌萎縮側索硬化癥（ALS）等嚴重神經損傷患者。然而，截至目前，全球尚未有任何一種iBCI設備獲得醫療監管機構的批準用于市場銷售。盡管iBCIs在臨床研究和設備開發上有了顯著進展，但研究的信息透明度、參與者數據的共享以及設備長期安全性等問題仍未完全解決。

本文對1998年至2023年間已知的iBCI臨床試驗進行了全面的回顧，分析了全球21個研究小組的67名參與者的相關數據。這些試驗涉及不同類型的電極，目標是恢復運動控制、觸覺感知以及溝通能力。本文旨在探討iBCI領域的挑戰，包括設備開發的技術難題、參與者群體的多樣性問題、臨床試驗數據的透明性和共享機制的建立。

一、研究方法

1.1 數據來源與整合方法

本文作者對1998年至2023年間的iBCI臨床試驗進行了廣泛的知識整合，并從多個數據庫和平臺獲取數據，主要包括：

PubMed數據庫：該數據庫是生物醫學領域的重要資源，通過關鍵詞“iBCI”、“腦機接口臨床試驗”等進行檢索，獲得了與植入式腦機接口相關的出版物。研究團隊不僅僅檢索學術文章，還結合了各類實驗結果的報告，確保數據的多樣性和完整性。

ClinicalTrials.gov數據庫：這是美國政府建立的臨床試驗數據庫，涵蓋全球多個國家的試驗情況。在該平臺上，作者詳細檢索了所有涉及iBCI的注冊試驗，并分析了其試驗的目的、設計、參與者、結果等信息。數據庫為研究提供了關于試驗起止時間、電極類型、參與者狀態的詳細數據。

Google Scholar與ORCID：為了補充PubMed和ClinicalTrials.gov中未提供的信息，研究者還使用Google Scholar和ORCID平臺，追蹤個別研究小組和研究人員的工作，確保不會遺漏重要的試驗結果或進展。此外，通過ORCID上的信息，研究人員可以獲取到那些沒有通過同行評審發表的工作進展。

研究小組網站與媒體發布信息：除了學術數據庫，本文還引用了很多研究小組的官方網站信息以及機構發布的新聞稿，特別是關注到某些數據可能尚未發表或僅在小范圍內公布。尤其對于一些電極類型、臨床試驗的參與者數據，研究團隊通過聯系研究小組直接獲取了未公開的部分數據。

圖1 | 植入性腦機接口（iBCls）的時間線。植入式腦機接口（iBCls）的進步被劃分為早期時代和腦研究推進創新神經技術（BRAlN）時代。植入信息位于右側，基于出版物中提供的日期或通過與研究小組的個人溝通，而相應的性能改進位于左側，日期對應于出版物的年份+699-227。右側的小圓圈表示那一年的植入數量，顏色表示植入的電極類型。有關圖1中識別信息所用資源的列表，請參見表1和補充表1和2。ALS，肌萎縮側索硬化癥；CWRU，凱斯西儲大學；ECoG，皮層電圖；EPFL，瑞士聯邦理工學院洛桑；EVA，內血管陣列；FES，功能性電刺激；GATech，佐治亞理工學院；ICMS，皮層內微刺激；JHU-MC，約翰霍普金斯大學-運動控制組；MEA，微電極陣列；NTE，神經營養電極；OSU，俄亥俄州立大學；PITT，匹茲堡大學；SCI，脊髓損傷；UCSF，加州大學舊金山分校；UMiami，邁阿密大學；wpm，每分鐘字數

1.2 數據篩選與整理

在數據收集過程中，作者對所有獲取的試驗數據進行了嚴格篩選。首先，針對每個數據來源進行了去重和整合，確保不同數據庫中記錄的試驗不會被重復統計。其次，在篩選過程中，重點關注了長期植入試驗，即電極在參與者體內長期存在的試驗，短期使用診斷性電極（如用于癲癇診斷的ECoG電極）的臨床試驗則未被納入。

為了確保數據的準確性，本文將所有獲得的數據與參與的研究小組進行交叉核對，特別是對于那些數據存在不完整或者僅來自新聞稿的試驗。共有21個研究小組，其中19個小組提供了詳細的回復，確保了大多數參與者狀態、電極使用和試驗持續時間等數據的真實性。

圖2 | 植入式腦機接口（iBCI）參與者、病因、電極陣列和研究小組的系統知識整合圖。a，所有已知植入腦機接口（iBCI）參與者（n=67）的總結，首先按研究小組（n=21）組織，然后按植入日期排序。每一行提供一位參與者的信息，彩色部分表示植入年份，彩色條的長度表示參與月份，條的顏色表示參與者的病因。參與者在植入時的年齡、性別以及實驗類型（通信、運動控制或感覺）根據發表的作品、演講或與相應研究小組的溝通在參與條的左側顯示。Synchron報告了他們的前四位參與者的平均年齡為61歲，標準差為17歲。此外，Synchron媒體指出，他們的系統正在為通信和運動控制兩種用途開發，因此兩者都包括在內。每個研究小組使用單一類型的電極，在“電極”列中指示，匹茲堡大學（PITT；2011年至2015年在三名參與者中使用1個月的皮層電圖（ECoG）電極陣列，2014年開始長期使用微電極陣列（MEA）植入）和約翰霍普金斯大學（JHU），后者有兩個不同的研究小組在不同的部門使用不同的電極（分別指定為JHU-MC（運動控制組）和JHU-C（通信組））除外。第二列顯示了每個研究小組確定的參與者總數，研究小組的名稱在第一列中。所有研究小組都已聯系以核實信息的正確性，未響應的小組用星號（*）表示。b，67名參與者中使用的電極類型的分布。c，67名參與者中病因的頻率。d，參與者的性別和年齡統計。e，如果知道的話，按病因分類的參與者的性別和年齡統計。f，如果知道的話，診斷和植入之間的年數，按年齡、性別和病因分類。作者承認可能還有其他未在這個詳盡搜索中確定的參與者，注意到25%的參與者是通過新聞稿和與研究小組的個人溝通確定的（見原文中的表1和補充表1-3，了解用于確定圖中包含的信息的資源列表）。此外，未包括在2023年12月之后接受植入的參與者，包括2024年由Neuralink進行的臨床研究中的參與者以及其他接受較少媒體報道的研究，這些研究發生在本次審查的數據收集截止日期之后。此外，作者承認排除了兩名因疾病死亡的植入BCI的個體（1996年）和因設備故障而研究參與結束的個體（2017年）；以及排除了兩個額外的研究小組，他們獲得了進行iBCI臨床試驗的授權，但截至2023年12月31日沒有可發現的參與者：渥太華醫院（加拿大安大略省渥太華）和Neuralink（美國加利福尼亞州弗里蒙特）。ALS，肌萎縮側索硬化癥；BRAIN，腦研究推進創新神經技術；Caltech，加州理工學院；Chi，芝加哥大學；CWRU，凱斯西儲大學；EPFL，洛桑聯邦理工學院；GA Tech，佐治亞理工學院；MND，運動神經元病；OSU，俄亥俄州立大學；SCI，脊髓損傷；TJU，托馬斯杰斐遜大學；TUM，慕尼黑工業大學；U，未知；UCSF，加州大學舊金山分校；UMiami，邁阿密大學；烏特勒支，烏特勒支大學醫學中心。

1.3 臨床試驗的分類

本文將1998年至2023年間的臨床試驗分為兩個時期：

1. 早期階段（1998-2014年）：該階段包括了最早的iBCI臨床試驗，這些試驗主要集中在少數研究小組中，研究參與者較少，電極技術相對初步，解碼算法也相對簡單。早期階段的iBCI臨床試驗主要在美國開展，技術多用于驗證基本的運動控制和簡單的交流任務。

2. BRAIN時代（2014-2023年）：隨著美國BRAIN計劃和歐盟HBP項目的推動，iBCI研究迎來了快速發展。在這一階段，試驗的地理范圍從美國擴大到歐盟、亞洲和澳大利亞，參與者的多樣性有所提高，電極技術、解碼算法和反饋系統也取得了顯著進展。

1.4 電極類型的比較分析

本文對不同電極的長期使用效果進行了比較分析，重點分析了神經營養電極（NTE）、微電極陣列（MEA）、皮質電圖電極（ECoG）和血管內陣列（EVA）四種主要電極的性能。通過比較不同電極的植入時間、信號質量和生物兼容性，研究團隊得出不同電極在長期植入中的優劣。此外，本文還收集了電極植入后的不良事件數據，并對電極的安全性進行了詳細分析。

二、研究結果分析

2.1 全球iBCI臨床試驗分布

本文分析了全球iBCI臨床試驗的地理分布，發現美國在iBCI技術的研究中占據主導地位。全球67名參與者中，有51人來自美國，占比高達76%。歐洲的參與者占比為15%，主要集中在歐盟的6個研究小組中。亞洲的參與者數量最少，僅有2名參與者來自亞洲的研究小組，澳大利亞也只有4名參與者。

從參與者的病因來看，大部分參與者是由于脊髓損傷（SCI）而參與試驗，占比43%。其次是運動神經元退行性疾病（如ALS），占比30%。中風導致的參與者約占17%。

2.2 電極類型的使用情況與效果

微電極陣列（MEA）：MEA電極被廣泛應用于iBCI試驗中，尤其是在美國和歐盟的多項臨床試驗中。MEA具有較高的空間分辨率，能夠記錄神經元的放電活動，這使得其在運動控制和觸覺反饋試驗中具有較大的優勢。但是，MEA電極在長期植入中存在信號退化問題，某些參與者在植入后一年內出現信號質量下降，而另一些參與者則可以保持較為穩定的信號超過四年。目前，使用MEA電極的最長積極參與時間為8.5年。

皮質電圖電極（ECoG）：ECoG電極是一種常用于癲癇手術中的電極類型，具有較好的生物相容性。雖然ECoG的空間分辨率不如MEA，但其異物反應較弱，信號穩定性較好，因此也廣泛應用于iBCI試驗中。該電極的植入試驗在歐盟和美國都有廣泛應用，特別是在匹茲堡大學的試驗中使用了ECoG與MEA相結合的方案，取得了較好的臨床結果。

神經營養電極（NTE）：這種電極主要在早期的iBCI試驗中使用，具有較長的使用歷史，但由于其復雜的植入程序和較低的空間分辨率，近年來應用逐漸減少。NTE的植入需要長時間的恢復期，并且只能提供較少的通道進行信號記錄。

血管內陣列（EVA）：EVA是近年來新興的一種電極類型，其最大的特點是不需要開顱手術即可植入，通過血管內的微創手術將電極植入到大腦中。這種電極在2024年之前剛剛開始進入臨床試驗，雖然其信號質量和穩定性尚需長期觀察，但其微創的特點使得其在臨床應用上具有很大的潛力。

圖3 | 每種電極類型的參與時長。淺藍色表示神經營養電極（NTE）、微電極陣列（MEA）和PMT皮層電圖（ECoG）電極陣列在神經技術早期時代的參與月份。粉紅色表示在腦研究推進創新神經技術（BRAIN）時代已經完成參與的參與者。深藍色顯示了截至2023年12月目前（仍在）參與臨床試驗的參與者的持續時間。括號中的數字表示每種電極類型的參與者數量。有關用于確定圖2中包含的信息的資源列表，請參見原文中的表1、補充表1和2，以及補充圖1。EVA，內血管陣列。

2.3 試驗參與者的多樣性

盡管iBCI技術的臨床試驗數量逐年增加，但參與者的多樣性問題依然顯著。研究發現，女性參與者在所有67名參與者中僅占不到16%，并且女性的植入年齡普遍高于男性，男性參與者的平均年齡為44.6歲，而女性的平均年齡則為52.6歲。這種性別差異可能與臨床試驗設計中的風險規避有關，尤其是女性在生育年齡階段更傾向于避免參與侵入性較高的試驗。

2.4 設備性能與長期植入效果

本文通過對67名參與者的跟蹤，分析了不同電極在長期使用中的性能表現。大多數參與者的植入時間集中在24到48個月之間，早期階段的參與者平均參與時間為27.1個月，而BRAIN時代的參與者平均參與時間增加到了40.2個月。研究發現，盡管技術進步顯著，但電極的長期信號穩定性仍然是一個亟待解決的問題。尤其是MEA電極，某些參與者在一年內即出現信號質量下降，這對設備的長期使用和推廣構成了挑戰

2.5 臨床試驗的安全性與不良事件

在iBCI臨床試驗中，研究團隊也詳細記錄了電極植入后的不良事件，包括感染、設備故障以及電極移位等情況。雖然大部分不良事件能夠通過手術糾正，但仍然對設備的安全性和耐用性提出了更高的要求。例如，某些參與者因為不良事件被迫提前退出試驗，而這些退出參與者的平均植入時間為27.9個月。

圖4 | 植入式腦機接口（iBCI）發表數據的總結。在多篇出版物中反復出現的任務，用數字指標評估任務性能。發表的任務性能結果被匯編在樹的右側的水平箱形圖中。性能（頂部刻度）、報告每項任務的總出版物數量（底部刻度）以及任務旁邊的參與者數量（n）也進行了說明。樹的擴展表明了報告每項任務性能的出版物數量。參與者可能在多篇出版物中重復任務，或者一篇出版物可能有多個參與者。最右側的刻度表示測量的指標，條形圖評估了所有包含的值，詳細說明見原文補充表4。CCPM，每分鐘正確字符數；FES，功能性電刺激。

三、討論與展望

雖然iBCI技術展示了巨大的潛力，但其面臨的技術與倫理挑戰同樣不可忽視。首先，設備的長期耐用性和信號穩定性是制約技術普及的關鍵問題之一。其次，iBCI技術的廣泛應用還需要面對倫理和隱私問題，尤其是如何保護參與者的大腦數據安全。

未來，隨著人工智能技術、解碼算法和新型電極材料的進步，iBCI有望在更多神經系統疾病中發揮作用。研究人員預計，到2026年，iBCI設備將逐步進入醫療器械市場，但在此之前，設備的安全性、穩定性以及倫理問題仍需深入研究和討論。

本文對全球1998年至2023年間的iBCI臨床試驗現狀進行了系統的回顧和分析，指出了當前研究中的技術瓶頸和挑戰。通過全面分析不同電極的使用情況、參與者的多樣性和臨床試驗的安全性，本文為iBCI技術的未來發展提供了有力的參考。

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