在哈佛醫學院相識二十年后，兩位校友站在了利用微創神經植入改善人類健康的前沿。

醫學博士克雷格·默梅爾（Craig Mermel），二十年前正在緊張地等待哈佛醫學院的入學面試時，報紙上關于火星探測器的新聞標題引起了他的注意。那是2004年1月，飛船剛剛結束了七個月的航行，在這顆紅色星球上著陸。這則新聞引發了默梅爾和另一位忐忑不安的申請者--醫學博士本·拉波波特（Ben Rapoport）之間的對話，當時他就坐在附近戈登大廳的院長休息室里。默梅爾說：“我記得我當時想，能分散一下注意力是件好事?！叭缓笪覀兠總€人都被叫去面試，我想，‘可能再也見不到他了?！?/p>

默梅爾想錯了。在他們被哈佛/麻省理工學院醫學博士項目錄取二十年后，這對長期合作的老搭檔正帶頭創建腦機接口（BCI），將神經元與數字世界連接起來?，F任紐約西奈山醫院神經外科醫生的拉波波特表示：“現代電極陣列可以同時調節“數百或數千個神經元”的活動。通過解碼大腦中有意識的信號如何引起相應的身體運動，科學家可以設計出允許人們僅用思想操作計算機的系統?！?/p>

腦機接口不再局限于科幻小說的領域，越來越多地在人類研究中進行測試。2021年，拉波波特成立了精密神經科學公司（Precision Neuroscience），這是一家腦機接口初創公司，旨在恢復癱瘓患者失去的功能。默梅爾于2022年加入該公司。腦機接口在治療運動障礙方面具有變革性的潛力。在撰寫本文時，該公司的技術已經在18名患者身上進行了測試，拉波波特預計該技術的早期版本可能會在2025年進入商業市場。

Craig Mermel

腦機接口背景

“腦機接口”一詞是1973年由加州大學洛杉磯分校的計算機科學家雅克·維達爾（Jacques Vidal）創造的，他提出，有朝一日，大腦中的電信號可能被用來控制假肢設備。此后，研究人員在實現維達爾的早期設想方面取得了長足進步。2003年，杜克大學的一個研究小組表明，植入微電極陣列的猴子可以有意識地控制機械臂。一年后，一位名叫馬特·內格爾的年輕人成為第一個從腦機接口技術中受益的癱瘓患者。內格爾十幾歲時是一名明星運動員，他在一次刀襲中受傷，脊髓被切斷。但通過腦機接口，他可以控制電腦光標并移動假手。

拉波波特說，植入內格爾大腦的這種植入物“標志著神經科學和腦機接口領域的一個轉折點”。它被稱為猶他陣列，上面布滿了多達100個穿透大腦外層的針狀電極。以前在神經科學中使用的電極在不同的實驗室中是不同的。制造這些設備沒有任何標準化的過程，“也沒有標準化的處理信號的方法，”拉波波特說。猶他州陣列的發展改變了這一點。這種設備于1989年推出，采用與生產微芯片相同的方法統一制造。自那以后，猶他州的陣列已經植入了數十人的體內，并被BrainGate所采用。BrainGate是一個廣泛的、多單位的研究機構，起源于20世紀90年代末布朗大學的研究，現在包括來自HMS和麻省總醫院的研究人員。

Ben Rapoport

植入物設計和高性能計算技術的不斷進步使科學家們能夠“將大腦內在的電子語言轉化為人類或機器可以理解的東西，”拉波波特說。這對于實現這項技術的全部潛力至關重要，但它也帶來了棘手的倫理挑戰，包括“對大腦隱私的擔憂”，加布里埃爾-拉扎羅-穆尼奧斯（Gabriel Lázaro-Mu?oz）說，他是馬薩諸塞州總醫院的精神病學助理教授，也是HMS生物倫理中心的成員。Mermel表示同意。他說，神經數據屬于患者，只能在征得患者同意的情況下使用，并為患者的直接利益服務。默梅爾說：“這是精密公司非常重視的一個問題。”

應用科學

拉波波特和默梅爾在這一領域的工作源于他們在哈佛-麻省理工學院健康科學與技術（HST）項目中的學習經歷。該項目設有教育方向，學生可從哈佛醫學院獲得醫學博士學位，并從哈佛大學或麻省理工學院獲得醫學工程和醫學物理學博士學位。HST 項目招生副主任、87 年醫學博士Matthew Frosch 表示，該項目“不僅要培養優秀的醫生，還要教會學生將醫學視為一個需要解決更廣泛問題的地方”。Frosch 說，即將入學的學生以嚴謹的科學為基礎，“通常都具備深厚的定量數學技能”。

對于拉波波特和默梅爾（Mermel）來說，HST 是一個最佳選擇。Mermel 在本科期間主修數學和生物化學，他對醫學的定量研究有著長期的興趣。在哈佛大學攻讀博士學位期間，他開發了用于在復雜基因組數據集中尋找新的藥物靶點的計算工具。拉波波特在麻省理工學院攻讀博士學位，在那里他開始了腦芯片植入式電子學的研究，這個課題至今仍激勵著他。在研究生期間，兩人還通過創建一家公司磨練了自己的商業技能，這家公司后來賣給了蘋果公司。該公司名為 Simbionics，圍繞一個分析平臺展開，利用可穿戴傳感器數據監測心血管健康狀況。

默梅爾在麻省總醫院完成病理學實習后，最終在蘋果找到了一份工作。與此同時，拉波波特在紐約長老會/威爾康奈爾醫學中心完成了他的神經外科住院醫師和研究員的工作。他繼續他的外科手術生涯，但也在2016年被招募加入埃隆·馬斯克（Elon Musk）和其他科學家的行列，共同創立了腦機接口初創公司Neuralink。

Neuralink開發了一種全新的植入物，它包含一千多個電極，這些電極分布在聚合物線上，這些聚合物線非常細，必須由專門的機器人縫合到大腦中。電極越多，單個細胞的讀數就越多，因此與猶他陣列相比，Neuralink 的植入體能以更高的帶寬連接神經元。不過，所有穿透性電極都有一定的缺點。拉波波特說：“所有穿透電極都會損傷大腦。如果增加更多電極來擴展帶寬，那么損傷就會增加。如果你用一個本應幫助弱勢人群的設備來做這件事，那就有點自相矛盾了”。

The Layer 7 Cortical Interface, an implant designed to sit on the surface of the brain.

這種悖論最終促使拉波波特在 2018 年離開 Neuralink，以便尋求不同的方法。當時的普遍看法是，要達到最佳信號強度，需要穿透性電極。但越來越多的證據表明，可以通過較低的侵入性從大腦獲得高質量的讀數，這讓拉波波特深受鼓舞。事實上，其他幾家 BCI 公司已經開發出配備傳感器的頭盔，可以從頭皮表面測量神經元信號。拉波波特解釋說，有意識的思維、運動、感覺、視覺和記憶都是在大腦最外層進行計算的，這層薄薄的組織被稱為大腦皮層。無論電極是從新皮層內部還是直接從皮層頂部讀取數據，“距離仍然非常小，”他說?！岸砻婊顒诱俏覀兏信d趣的。

拉波波特很快與哈佛校友、投資人邁克爾-馬格（Michael Mager）合作，成立了精準神經科學公司（Precision Neuroscience）。他還邀請正在谷歌領導人工智能輔助醫學成像團隊的默梅爾加入，擔任董事會成員。默梅爾當時在 BCI 或神經科學方面都沒有什么經驗?！拔业谋尘岸际菍祿蜋C器學習應用于不同類型的健康領域，以及構建產品并將其推向市場的實際問題，"他說。但是，默梅爾對使用 BCI 技術獲取運動和感覺處理等認知過程的詳細信息的前景非常感興趣。他說，長期以來，由于缺乏提取大腦高質量數據的技術，神經系統疾病的治療一直受到阻礙，“我看到像 Precision 這樣的公司正在幫助解決這個問題”。默梅爾很快加入公司，擔任總裁兼首席產品官。

與此同時，公司確定了自己的核心技術：一種帶有 1,024 個電極的柔性植入物，可直接植入大腦皮層表面。它被稱為“第7層皮層接口”，可通過手術在頭骨上切開一條一毫米的“微縫”植入。大腦信號被傳輸到一個裝有軟件的解碼器上，“這個軟件有點像大腦活動的翻譯器”，默梅爾說。解碼器在大腦思考移動或說話時進行監聽，然后將認知意圖轉換成數字指令。

實用技術

Precision Neuroscience 在籌集了 1200 萬美元的啟動資金后，于 2021 年正式成立。兩年后，公司開始進行人體試驗——首先在西弗吉尼亞大學的洛克菲勒神經科學研究所，然后在西奈山的伊坎醫學院和賓夕法尼亞大學的佩雷爾曼醫學院。在目前的研究中，精密神經科學公司與神經外科醫生合作，他們同意在為病人進行無關手術的同時對該技術進行評估。BCI公司進入臨床通常需要更長的時間。但 Precision 的植入物是可逆的——它可以在不造成損害的情況下移除——因此該公司獲得監管部門許可的途徑更短。

伊恩-卡伊加斯（Iahn Cajigas）是賓夕法尼亞大學的一名神經外科醫生，他從自己還是 HST 學生時就認識了拉波波特和默梅爾。在他的手術室里，手術病人在清醒狀態下使用這項技術。在一個病例中，一名因帕金森病而接受腦深部刺激的男子被植入了該設備，然后被要求戴著裝有傳感器的手套做手部運動。與卡伊加斯合作的研究人員將病人的大腦信號與他的動作進行了比對，從而“對數據進行了地面實況調查，使我們預測的結果與現實相符”，卡伊加斯說。手術完成后，植入物就會被移除。

近期，Precision 公司計劃向市場推出有線版設備，即皮層接口和后端電子設備直接連接的設備，作為包括癲癇在內的神經系統疾病的診斷工具。拉波波特說，以高空間和時間分辨率記錄大腦活動的能力“將讓我們重新定義對大腦如何協調復雜行為的理解”。隨后，公司計劃在未來兩年內將無線系統提交監管部門審批，這次主要針對癱瘓病人。植入物位于頭骨和頭皮之間，可以放大和記錄神經元信號。這些信號被傳輸到控制電腦光標或假肢的軟件中。

作為精密神經科學公司開發的設備訓練過程的一部分，

病人移動他的手，同時傳感器捕捉他的大腦信號。

默梅爾表示：“對于那些癱瘓患者，很難以從事典型文職工作所需的速度操作電腦。我們希望恢復患者的這種能力，讓他們成為數字世界的公民。”

作為 FDA 批準程序的一部分，所有植入式設備都需要經過網絡安全風險評估。但默梅爾說，公司計劃更進一步，采取更多措施確保神經數據不會被用于未經患者明確授權的用途。他說：“這個問題的核心是從一開始就在設備中建立數據安全性。盡管如此，我們并沒有以患者無法控制的方式讀取患者的內心想法。”

根據世界經濟論壇（World Economic Forum）最近的預測，BCI 產業正在迅速發展，預計投資額將從 2022 年的約 17 億美元增至 2030 年的 62 億美元。研究集中在多個領域，甚至是游戲領域。馬斯克曾說過一句名言：與大腦的高帶寬連接有朝一日可能會讓人類與人工智能融為一體。

拉波波特淡化了這些愿望。他說：“我不想過多地涉足科幻世界，把神經接口作為健全人的選擇性程序。我們正在研究的是可預見未來的醫療技術?！?/p>

Charles Schmidt is a writer based in Maine.

僅用于學術分享，若侵權請留言，即時刪侵！

歡迎加入腦機接口社區交流群，

探討腦機接口領域話題，實時跟蹤腦機接口前沿。

加微信群：

添加微信:RoseBCI【備注：姓名+行業/專業】。

歡迎來稿

1.歡迎來稿。投稿咨詢，請聯系微信：RoseBCI

點擊投稿：

2.加入社區成為兼職創作者，請聯系微信：RoseBCI

一鍵三連「分享」、「點贊」和「在看」

不錯過每一條腦機前沿進展