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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(shù)的交叉領(lǐng)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(lǐng)域的權(quán)威機構(gòu)，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(shù)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(lǐng)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(shù)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(zhuǎn)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(shù)，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(shù)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(zhì)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(shù)的成功標志著該技術(shù)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(shù)，介于侵入式與非侵入式之間，通過微創(chuàng)介入手術(shù)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(zhì)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(shù)的廣闊臨床應用前景。

融合AI，BCI技術(shù)飛躍！

樊嘉院士在文中指出，BCI技術(shù)實施的關(guān)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(shè)計了多種實驗方法和技術(shù)流程。這些設(shè)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(shù)的飛速發(fā)展，其在BCI領(lǐng)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(shè)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(shè)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(shù)還通過操控外骨骼、電子眼等外聯(lián)設(shè)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(shù)。這種技術(shù)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(wù)完成效率接近正常人。

除了與外聯(lián)設(shè)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(zhì)電圖信號，并結(jié)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(shù)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(lǐng)域，其應用潛力不斷凸顯。目前，這項技術(shù)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(guān)鍵作用。隨著AI技術(shù)的融入和算力的提升，BCI技術(shù)迎來了新的發(fā)展契機。

在臨床實踐中，BCI技術(shù)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(zhì)量。同時，它還將運動神經(jīng)元病患者的腦電信號轉(zhuǎn)化為鍵盤代碼，傳輸?shù)侥繕嗽O(shè)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(shù)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(shù)也發(fā)揮了重要作用。它不僅能診斷不同病因?qū)е碌恼J知障礙，還能促進神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)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(lǐng)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(shù)后療效。

然而，BCI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應用仍面臨諸多技術(shù)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(shù)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(zhì)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(shù)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(shù)難題。

為了推動BCI技術(shù)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(shù)轉(zhuǎn)化制度和上市后監(jiān)管框架，促進技術(shù)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(shè)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(shù)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(shù)和步態(tài)檢測醫(yī)療機器人等創(chuàng)新技術(shù)，為醫(yī)療服務(wù)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(zhuǎn)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(shù)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(lǐng)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(shù)與脊髓神經(jīng)刺激電極置入術(shù)，僅用時2h便成功實施。術(shù)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(shù)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(shù)的不斷成熟和普及，BCI技術(shù)必將助力臨床醫(yī)師和健康從業(yè)者提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)。

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(shù)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(zhì)量科技期刊分級目錄臨床醫(yī)學領(lǐng)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(shù)振興機構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）來源期刊、中國學術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫全文收錄期刊、中國學術(shù)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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