大脑，与电极共存——一个国产脑机接口案例

14年前，一场车祸令老杨颈椎处脊髓完全性损伤，自此，从老杨大脑产生的运动意念，几乎无法再传达给躯体——老杨瘫痪了。

2023年10月，老杨的颅骨被凿出一个孔洞，植入了两枚1分钱大小的脑机接口处理器、含有8个接触点的电极。由此，老杨的脑电信号被机器读取出来，然后下达给一只气动手套。三个月后，这只手套代替老杨与大脑“失联”已久的右手，准确完成了抓握水瓶的动作。

脑机接口作为时下的科技风口，正引发越来越多的讨论。在医学界，它被视为具有广泛应用前景，可在瘫痪、渐冻症、帕金森、认知障碍、抑郁症等疾病中发挥“电子药”的作用。

不过，从愿景走向现实，这一新技术还要解决安全性、脑电信号翻译、伦理等诸多问题。

为自己点一支烟

老杨如果犯烟瘾，妻子会点燃一支，放入他嘴中。

瘫痪十四年后，老杨第一次再度抓握住一瓶水，他由此产生了新的憧憬：未来，能自己亲手点燃香烟。

2024年2月1日，四位医生在首都医科大学宣武医院分享了老杨的病例。紧挨着报告厅的中国国际神经科学研究所是一栋显眼的新建筑，被设计成大脑的模样，不时有身着白大褂的人员进出。

如果将老杨的大脑与这栋大楼做比较，最大的区别或许在于，老杨体内那条贯通大脑内外的“道路”被阻隔了。

颈椎处脊髓完全性损伤患者老杨的病例分析。 新京报记者 戴轩 摄

十四年前，一场车祸令老杨颈椎处脊髓完全性损伤，ASIA评分为A级。这是脊髓损伤最严重的一级，意味着损伤部位以下的运动和感觉功能完全丧失。

脊髓就像意志与感觉的主干道，连接着大脑与躯干。这条通路损毁，大脑与躯干便形同“失联”，感觉无法从指尖传入大脑，想法也无法从大脑下达给肢体。对老杨来说，即便是想要喝水这样简单的冲动，也被“深锁”在头颅之中。

现在，喝水的念头被“救”了出来，并在一支气动手套上得以实现。随着美国企业家马斯克近日的成果发布，这项技术于公众而言已不再陌生——脑机接口。

将脑机接口放入颅骨中

“脑机接口解锁的主要是老杨的运动功能。他所做的事情就是想象，想象原先那种操控手的抓握的感觉。通过反复训练，现在达到了90%的准确率。”国家神经疾病医学中心科研转化部副主任魏鹏虎解释道。

就在几天之前，老杨的案例被宣布为“全球首例植入式硬膜外电极脑机接口辅助治疗颈髓损伤引起的四肢截瘫患者行为能力取得突破性进展。”

老杨是在2023年10月24日接受的手术。在手术台上，他的颅骨被凿开一个小孔，置入了两枚硬币大小的脑机接口处理器。

手术后10天，老杨出院回家。居家使用时，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，实现脑机接口通信。

植入老杨脑内的脑机接口。 新京报记者 戴轩 摄

整个过程经历了比普通手术复杂得多的设计与环节。

2023年4月，这项无线微创脑机接口的临床试验在宣武医院进行伦理审查。审查的核心在于权衡受试者的获益与风险。

规避风险是手术设计时参与者考虑的首要问题。

人脑有着层层包裹叠加的解剖结构。从头皮往下，分别要透过颅骨、硬脑膜、蛛网膜、软脑膜等组织，才会抵达脑组织。放眼全球，不同的公司在设计处理器放置位置时有各自的考量，也由此产生了各类不同的产品。

宣武医院院长赵国光介绍，最常见的装置置于头皮外，可以得到常规的脑电图，记录语义，有无创的优点，但也有敏感性弱的缺点；有的放置于颅骨之下、大脑皮层表面或脑实质内，需要解决的是异物接触脑组织的排异问题，马斯克研发的脑机接口，就是将头发丝一般柔软的电极扎入脑组织内。

为了在“避免排异”和“有效获取大脑电信号”之间寻找平衡，老杨的脑机接口处理器放置在了颅骨内，电极的8个接触点覆盖在硬膜外，不直接接触脑组织。由于采用近场无线供电和传输信号，植入颅骨的体内机无需电池，避免电池泡在体液中发生风险。

不同脑机接口产品在脑内的放置位置示意图。 新京报记者 戴轩 摄

从语言、视觉到听觉、动作，人体不同的功能的“中控区”位于大脑皮层的不同区域。在沟通中，老杨提出希望恢复右手的能力，完成生活中常见的喝水、吃饭甚至写字等动作。医生们找到控制这些动作的相应皮层区域，以此安排电极接触点的放置部位，确保准确采集到相应的脑电信号。由此，前期准备得以完成。

经过三个月的居家康复训练，老杨现在可以通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能。令医生惊喜的是，老杨脊髓损伤的ASIA临床评分和感觉诱发电位测量均有改善，对脑机接口的使用，似乎让损毁的神经通路得到了一定程度的复建。

破译大脑“天书”

随着马斯克脑机接口案例的发布，这一技术展现在公众面前，并引发广泛讨论。赵国光介绍，在业界，与脑机接口的“触轨”来得更早，从技术发展史的角度，其概念的提出，甚至可以往回追溯50年。

“一般认为2023年是人工智能的元年，主要来自于计算机算法方面的发现，如ChatGPT根据语言模型能形成检索与更加智能的回答，原来需要几十年才能发现的蛋白新结构也由机器发现等。电生理信号背后是海量数据，目前认为，神经科学也是大数据的科学，因此从去年开始，脑机接口也成为了热点赛道，这是科技发展所推动的。”赵国光解释。

脑机接口的核心逻辑是记录与解读大脑信号，并实现大脑和计算机之间的直接通信。老杨这样的脊髓损伤患者或从中获益，从更长远的愿景看还有实现脑机融合智能，直接拓展人脑信息处理能力。

首都医科大学宣武医院，专家正在介绍脑机接口技术的进展。 新京报记者 戴轩 摄

不过，愿望广阔而美好，回归应用层面，医生与科学家们还要破解诸多现实问题。

例如“翻译”。随着科技进步，采集脑电信号已广泛应用于临床和实验中，但如何解读这些数据庞大的“大脑的话语”，并翻译为机器能够读懂的代码，是目前应用所面临的一个巨大空白点。

“我们所采集到的毫秒级电信号，它们就像天书，不研究都不知道代表什么，想要在外接设备形成机械力，不管是电动开关窗帘还是其他，都需要转成机器能听懂的编码，11001100011……不同语言也有各自的特点，譬如握住水瓶，英文就是一个hold，中文可以是握、拿、持、抓，表达更加丰富与精细，同时也为中文解码带来了挑战，这需要我们一一探索。”赵国光介绍。

再如捕捉电信号。大脑有1000亿神经元，记录多少才能反映功能的缺损？目前最好的技术可以记录到3000神经元，记录1000亿是不可能的，即便只有几千，长期穿刺也可能带来脑损伤。

此外，伦理问题也要求解答。在医院端，患者的数据被长期采集，其隐私如何保障？更远一点，随着算法的高度发展，如果AI未来出现了意识，人类是否还能通过简单的“断电”来对待它们？

当然，医生们当下考虑更多的仍是现实问题。

不管是脊髓损伤，还是渐冻症、帕金森、认知障碍、抑郁症、自闭症、脑梗后偏瘫……这些涉及神经系统病变的症状，都是脑机接口及相关数字诊疗能够大展身手的领域。在宣武医院，针对癫痫患者的重复神经刺激临床试验，在一年中开展了近40例，同样是通过电极植入，在紊乱的脑电信号上“做文章”。

“我们在挑战不可能，挑战的是没有解决方案的疾病，现在还是个例，还有很多问题没有得出结论。如果有一天，我们治疗的截瘫患者已经完成一百例，也就拥有了大数据去回答一系列关于效果、感染、是否取出等问题，由此来验证新技术是否适合，所有装置都是这样的一个过程。”赵国光说。

新京报记者 戴轩

编辑 陈静 校对 吴兴发