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醫(yī)學與科技的完美融合，讓不可能成為可能！

撰稿：靜心

審核專家｜樊嘉 院士

近年來，腦機接口（Brain-Computer Interface, BCI）作為神經(jīng)科學與信息技術的交叉領域，正逐漸展現(xiàn)出其改變?nèi)祟惿罘绞降木薮鬂摿Α６虾Ｊ嗅t(yī)學會作為國內(nèi)醫(yī)學領域的權威機構，長期致力于推動醫(yī)學科學的進步與發(fā)展，其發(fā)布的學術成果在業(yè)界享有盛譽。

為此，“醫(yī)學界”攜手上海市醫(yī)學會和《上海醫(yī)學》雜志共同策劃本期“院士論壇”欄目，深入解讀樊嘉院士發(fā)表的《腦機接口的臨床應用及展望》一文，旨在幫助更多讀者深入了解BCI的最新進展與趨勢，共同見證并期待其在醫(yī)學領域的廣泛應用與未來發(fā)展。

圖1：文章發(fā)于《上海醫(yī)學》雜志

BCI技術是一種通過在大腦特定區(qū)域微創(chuàng)植入電極的方式，精準采集大腦的運動信號，并將這些信號轉化為電刺激，直接作用于受損脊髓下方的神經(jīng)組織。這種創(chuàng)新的“神經(jīng)旁路”技術，成功地繞過了受損的神經(jīng)傳導通路，為脊髓損傷患者提供了新的治療途徑。

從傳統(tǒng)分類來看，BCI技術主要分為侵入式和非侵入式兩大類。侵入式BCI需將電極或傳感器植入大腦或神經(jīng)組織，如基于皮質腦電圖（ECoG）BCI、微電極記錄BCI等。2024年1月30日，Neuralink公司的首例人類大腦侵入式BCI植入手術的成功標志著該技術的重要臨床突破。

而半侵入式BCI，如硬膜上ECoG，雖然未與腦神經(jīng)元直接接觸，但仍具有獨特的臨床價值。2024年1月31日，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院與清華大學醫(yī)學院合作，成功完成了全球首例無線微創(chuàng)硬膜上BCI（NEO）植入試驗，拓寬了BCI的臨床應用。

非侵入性BCI則通過頭皮電極陣列采集腦電信號，如腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）等，在腦卒中康復中效果顯著，能改善亞急性或慢性腦卒中患者的上肢功能。此外，介入式BCI作為一種新型技術，介于侵入式與非侵入式之間，通過微創(chuàng)介入手術將介入腦電傳感器貼附于腦血管壁，采集相應腦區(qū)的神經(jīng)信號，創(chuàng)傷小且信號質量高。美國Synchron公司的Stentrode支架作為介入式BCI的代表，已完成安全性驗證，并正在進行療效驗證，預示著介入式BCI技術的廣闊臨床應用前景。

融合AI，BCI技術飛躍！

樊嘉院士在文中指出，BCI技術實施的關鍵之一是獲得腦部信號并進行解析。為了達成特定的神經(jīng)功能解析或功能恢復目標，研究者們設計了多種實驗方法和技術流程。這些設計范式種類繁多，常用的包括運動想象、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位、聽覺誘發(fā)電位、P300 BCI刺激范式以及多模態(tài)聯(lián)合范式等。

隨著AI技術的飛速發(fā)展，其在BCI領域的應用顯著提升了系統(tǒng)的準確性和可靠性。2025年3月6日，加州大學舊金山分校的研究人員在《Cell》上發(fā)表了一項重要研究[2]。該研究通過植入大腦皮層表面的BCI設備，使四肢完全癱瘓者能夠僅憑意念控制機械手臂，完成拿起、移動和放下物體的動作。

尤為值得一提的是，該設備在無需調(diào)整的情況下，創(chuàng)紀錄地連續(xù)工作了7個月。這一腦機接口依賴于一個AI模型，當用戶在大腦中想象重復某個動作時，該模型能夠適應大腦中發(fā)生的細微變化，并以更精細的方式執(zhí)行這一動作。AI算法能夠適應用戶大腦信號隨時間的變化，減少了頻繁校準的需求，使得AI-BCI系統(tǒng)對用戶更加友好，更適合長期使用。

BCI技術還通過操控外骨骼、電子眼等外聯(lián)設備，實現(xiàn)了對人類腦功能的恢復或增強。目前的研究主要集中在對手機和電腦控制、對機械臂控制以及語言輸出這三大應用場景。以上肢功能恢復為例，多個研究團隊已開發(fā)出BCI控制的機器人臂，能夠成功完成伸手、抓握等動作。

為了提升皮膚的觸覺反饋，以更好地協(xié)助上肢運動并模擬真實的反饋環(huán)路，研究者們提出了雙向BCI技術。這種技術通過解碼神經(jīng)記錄中的運動意圖來控制上肢的機器人假肢，同時通過皮層刺激引發(fā)觸覺感覺，使受試者的任務完成效率接近正常人。

除了與外聯(lián)設備相連，BCI的理念也被應用于腦脊髓接口，以促進脊髓損傷患者行走功能的恢復。通過WIMAGINE植入物（由法國CEA實驗室和格勒諾布爾大學醫(yī)院共同開發(fā)）在硬膜外收集感覺運動皮層的皮質電圖信號，并結合脊髓硬膜外刺激的腦脊髓接口，研究者們成功幫助脊髓損傷患者恢復了連續(xù)、自主和穩(wěn)健的行走控制能力。

BCI解鎖臨床新可能，筑夢醫(yī)療新未來！

BCI技術經(jīng)過國內(nèi)外科研團隊多年的持續(xù)努力，已取得了顯著進展，尤其在醫(yī)療領域，其應用潛力不斷凸顯。目前，這項技術主要應用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療與康復，對癲癇控制和腦卒中后的功能恢復起到了關鍵作用。隨著AI技術的融入和算力的提升，BCI技術迎來了新的發(fā)展契機。

在臨床實踐中，BCI技術有效促進了腦卒中癱瘓患者和脊髓損傷高位截癱患者的功能康復，極大地提升了患者的生活質量。同時，它還將運動神經(jīng)元病患者的腦電信號轉化為鍵盤代碼，傳輸?shù)侥繕嗽O備，生成文字和語音文本，使患者能夠與外界進行順暢的溝通交流。對于閉鎖綜合征、最小意識狀態(tài)等患者，BCI技術能夠準確分類判斷其意識狀態(tài)，為意識障礙的診斷與評定提供有力依據(jù)，甚至幫助患者實現(xiàn)與外界的互動。

在認知障礙的診斷與治療方面，BCI技術也發(fā)揮了重要作用。它不僅能診斷不同病因導致的認知障礙，還能促進神經(jīng)元和神經(jīng)膠質反應以改善阿爾茨海默病的病理表現(xiàn)，通過神經(jīng)反饋訓練，提升此類患者的注意力、視覺感知、情感調(diào)節(jié)和語言能力。同時，BCI在癲癇領域的應用也十分廣泛，能夠預測癲癇發(fā)作、定位癲癇病灶，并評估患者的術后療效。

然而，BCI技術在醫(yī)療領域的應用仍面臨諸多技術與倫理挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全問題不容忽視，必須確保收集的數(shù)據(jù)僅用于醫(yī)學研究，防止被竊取、濫用或泄露。無線技術的應用雖然提升了BCI的便攜性，但信號傳輸?shù)陌踩匀孕柽M一步加強。侵入式BCI雖然能獲得高質量的腦部信號，但存在感染、顱神經(jīng)損傷等風險，需要多學科團隊共同制定術前植入計劃。此外，電極材料的組織兼容性、電信號穩(wěn)定性以及微電極位移等問題也是當前亟待解決的技術難題。

為了推動BCI技術的穩(wěn)健發(fā)展，樊嘉院士在文中指出，需要建立完善的技術轉化制度和上市后監(jiān)管框架，促進技術的商業(yè)化和臨床應用。同時，規(guī)范化的臨床試驗研究和效果鑒定也是當前亟待解決的問題。鑒于患者神經(jīng)環(huán)路的損傷及個體心理存在差異，BCI臨床試驗設計應充分考慮個體差異，開發(fā)個體化的解決方案。

為此，復旦大學附屬中山醫(yī)院建立了神經(jīng)心理影像智能工程實驗室，積極探索BCI技術在腦疾病及腦健康中的應用場景。醫(yī)院自主開發(fā)的基于無創(chuàng)腦電圖的BCI技術和步態(tài)檢測醫(yī)療機器人等創(chuàng)新技術，為醫(yī)療服務創(chuàng)新提供了有力支撐。

來自廣東的林先生，因不慎從高樓跌落導致胸椎骨折及雙下肢截癱，曾陷入絕望。然而，2025年初，他的命運迎來了轉機。林先生成為復旦大學附屬中山醫(yī)院汪昕教授、丁晶教授與復旦大學類腦智能科學與技術研究院加福民老師團隊聯(lián)合開展的一項重要臨床研究——《腦控閉環(huán)硬膜外電刺激用于脊髓損傷后下肢癱瘓患者的安全性和有效性》的首例受試者。

在復旦大學附屬中山醫(yī)院領導和各級部門支持下，多學科臨床團隊與研發(fā)團隊攜手為林先生制定了一套全球首創(chuàng)方案：一次性立體定向顱內(nèi)電極置入術與脊髓神經(jīng)刺激電極置入術，僅用時2h便成功實施。術后，林先生迅速恢復了下肢運動能力，邁出了自主行走的第一步。這不僅讓林先生重獲新生，更標志著該研究在微創(chuàng)腦脊接口技術上的重大突破，創(chuàng)造了全球首例完全截癱患者恢復站立行走的醫(yī)學奇跡。

展望未來，隨著技術的不斷成熟和普及，BCI技術必將助力臨床醫(yī)師和健康從業(yè)者提供更加優(yōu)質、高效的醫(yī)療衛(wèi)生服務。

注：以上內(nèi)容改編自：樊嘉.腦機接口的臨床應用及展望[J].上海醫(yī)學,2024,47(04):195-198.

《上海醫(yī)學》雜志創(chuàng)刊于1978年，是由上海市衛(wèi)生健康委員會主管、上海市醫(yī)學會主辦、國內(nèi)外公開發(fā)行的醫(yī)藥衛(wèi)生類綜合性學術刊物。為中國科技核心期刊（中國科技論文統(tǒng)計源期刊）、中國科技期刊卓越行動計劃（二期）集群化試點項目、中國科協(xié)高質量科技期刊分級目錄臨床醫(yī)學領域入選期刊、《復旦大學學位與研究生教育國內(nèi)期刊指導目錄》A類期刊、CACJ中國應用型期刊、中國科學評價研究中心（RCCSE）來源期刊、中國生物醫(yī)學文獻數(shù)據(jù)庫（CBM）來源期刊、美國化學文摘（CA）來源期刊、日本科學技術振興機構數(shù)據(jù)庫（JST）來源期刊、中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫全文收錄期刊、中國學術期刊數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊。

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參考文獻：

[1]樊嘉.腦機接口的臨床應用及展望[J].上海醫(yī)學,2024,47(04):195-198.

[2]Natraj N, Seko S, Abiri R, et al. Sampling representational plasticity of simple imagined movements across days enables long-term neuroprosthetic control[J]. Cell, 2025, 188(5): 1208-1225. e32.

責任編輯：夢琳

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