一位47歲的小學音樂教師因腦出血導致右側肢體癱瘓，經(jīng)過一年多的傳統(tǒng)康復治療，仍無法恢復手部的精細運動功能。3月20日上午，這位患者在北京天壇醫(yī)院接受了腦機接口手術，有望重新實現(xiàn)用雙手彈奏鋼琴的夢想。

手術由中國科學院院士趙繼宗團隊施行。當天下午，趙繼宗告訴《中國科學報》：“這是全國首例‘北腦一號’智能腦機系統(tǒng)為卒中后偏癱患者植入的手術?！?/p>

2月27日，北京大學第一醫(yī)院完成首例“北腦一號”腦機接口臨床人體植入。在隨后不到一個月的時間里，北京又有2家醫(yī)院利用“北腦一號”完成了2例腦機接口手術。

“北腦一號”是由北京芯智達神經(jīng)技術有限公司（以下簡稱芯智達）依托北京腦科學與類腦研究所推出的半侵入式智能腦機系統(tǒng)。北京腦科學與類腦研究所所長羅敏敏介紹，“北腦一號”聯(lián)合北京大學第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院、北京天壇醫(yī)院，針對脊髓損傷、腦卒中等導致的運動功能障礙開展了精細運動解碼，針對漸凍癥等導致的言語障礙開展中文解碼，進行臨床驗證。

第一例成功后信心倍增

“由于我們前期準備比較充分，保障了首例‘北腦一號’128通道腦機接口系統(tǒng)植入的順利進行?！北本┐髮W第一醫(yī)院神經(jīng)外科主任伊志強告訴《中國科學報》，2024年11月，醫(yī)院就與芯智達團隊合作并成立項目團隊。

“該項目實施的第一關是倫理審查，只有通過了倫理審查我們才可以招募志愿者開展臨床研究。”伊志強介紹，歷經(jīng)大半個月時間，醫(yī)院通過了倫理審查后就著手布置場地，以確保后面的臨床研究順利開展。

2月17日，第一例患者入住北京大學第一醫(yī)院神經(jīng)外科經(jīng)過改造后的病房。這位患者30歲，車禍受傷后四肢癱瘓近兩年，入院診斷為頸椎骨折、脊髓損傷。手術前，患者進行了術前無創(chuàng)腦機訓練和影像檢查，伊志強團隊在顱骨模型上進行反復手術模擬；手術后，患者可以通過腦控實現(xiàn)機械臂運動抓握水杯。

▲全球首例無線植入式中文言語腦機接口手術現(xiàn)場。宣武醫(yī)院供圖

羅敏敏介紹，患者術后恢復良好，設備有效通道數(shù)達98%以上。使用“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)，患者能夠隔空操控計算機、機械臂，甚至驅動肌肉刺激裝置，促進自身肢體運動功能逐漸康復。

3月20日，《中國科學報》記者在北京腦科學與類腦研究所看到，“北腦一號”的關鍵部件是一片比指甲蓋略大、薄如蟬翼的金色半透明薄膜電極貼片，柔軟如樹葉，將其植入顱內(nèi)可與大腦皮層貼合。該電極擁有128通道，能夠采集到大腦皮層的信號變化。

▲“北腦一號”。 受訪者供圖

“‘北腦一號’”集成了自主研發(fā)的柔性高密度腦皮層電極，以及高采樣率、大通量、低功耗的腦電數(shù)據(jù)采集、處理和無線傳輸技術，128通道同時采集的信號通量位居國際同類產(chǎn)品之首。”羅敏敏說，“北腦一號”系統(tǒng)采用神經(jīng)編解碼算法，輸出高精度、低延遲的控制指令，實時控制外骨骼等外部設備，可以實現(xiàn)精細運動解碼，以及高準確度中文言語解碼。

“由于128通道的電極是一個柔性電極，在影像上是看不到的，實際上有兩個顯影點?！币林緩娊Y合患者的術后影像介紹，中間亮的圓圈是“北腦一號”的硬件，邊上的圓圈由純金制成，是信號傳導與供電的部件。

“對一名30歲就四肢癱瘓的年輕人來說，接受腦機接口手術是非常有意義的，他未來的路還很長?！币林緩姼嬖V《中國科學報》，“第一例成功后，讓我們對腦機接口臨床試驗的信心倍增，今年計劃完成3例?！?/p>

重啟被“凍結”的聲音

“我們臨床研究的首位參與者是一位67歲女性，她于2023年在宣武醫(yī)院被確診為肌萎縮側索硬化癥（ALS）?！笔锥坚t(yī)科大學宣武醫(yī)院院長趙國光介紹。

ALS，俗稱漸凍癥，是一種目前無法治愈的神經(jīng)退行性疾病。隨著疾病發(fā)展，這位患者出現(xiàn)了極重度構音障礙，與外界的語言溝通極為受限。

手術前，趙國光團隊綜合應用功能性磁共振成像和高密度腦電圖等多模態(tài)神經(jīng)解碼技術，對患者的大腦語言相關區(qū)域進行功能映射，結合患者語言能力評估及疾病進展情況，精確定位了語言運動功能區(qū)。

3月5日，趙國光團隊為患者施行了全球首例無線植入式中文言語腦機接口手術。團隊在神經(jīng)外科手術機器人輔助下，將“北腦一號”智能腦機系統(tǒng)精準植入患者左側大腦控制語言運動的關鍵區(qū)域。

趙國光介紹，3月10日，該患者開始接受言語解碼訓練，信號采集良好，僅經(jīng)過3小時的訓練，62個常用字詞實時解碼準確率已達34%。目前，實時解碼準確率為52%，已能解碼出“我要喝水”“我要吃飯”“今天心情很好，我想和家人散步”這樣的語言?！敖Y合基于語言大模型的自適應糾錯算法實時優(yōu)化，患者已具備簡單的語言交流能力?！?/p>

隨著訓練時間的增加，解碼準確率也在穩(wěn)步提升。趙國光透露，未來，除了進一步提升解碼能力，團隊將從解碼有限字集擴展至開放字集，預計將實現(xiàn)上萬漢字的實時解碼，從而實現(xiàn)更自然、流暢的語言交流。

“這是全球首例無線植入式中文言語腦機接口在臨床上取得的突破性成果，其成功幫助因漸凍癥導致重度構音障礙的患者重建交流能力。”趙國光表示，該臨床研究的成功意味著腦機接口技術有望為更多言語障礙患者提供全新的、長期的、穩(wěn)定的言語恢復解決方案，重啟被“凍結”的聲音，進一步拓展腦機接口在神經(jīng)疾病診療領域的邊界。

首次植入卒中偏癱患者

經(jīng)過嚴謹?shù)尼t(yī)學評估和倫理審查，從全國586名志愿者中，一名47歲的小學音樂教師成為北京天壇醫(yī)院篩選出的第一例接受腦機接口手術的患者。

趙繼宗告訴記者，這臺手術不僅是我國自主研發(fā)的腦機接口系統(tǒng)在臨床應用上的重大突破，也標志著腦機接口技術在神經(jīng)康復領域進入實用階段，將為腦卒中患者帶來運動康復的新希望。

卒中后偏癱是全球最主要的致殘性疾病之一，且患者數(shù)量龐大，恢復難度極高。數(shù)據(jù)顯示，每年中國新增腦卒中患者超過200萬人，其中超過一半遺留偏癱。這意味著每年有超過100萬名患者面臨長期的運動障礙，無法獨立行走、進食、穿衣，甚至喪失最基本的自理能力。

對于很多患者而言，傳統(tǒng)的康復治療存在較大局限性，即使經(jīng)過長期的康復訓練，許多患者的運動能力也難以恢復。目前，全球范圍內(nèi)針對卒中后偏癱的有效治療方案仍然有限，而腦機接口技術的出現(xiàn)，為這些患者帶來了希望。

腦機接口不僅能“讀取”患者的大腦信號，更能幫助患者繞過受損的神經(jīng)通路，直接用“意念”控制肢體，進一步恢復自主運動能力。相比傳統(tǒng)的康復手段，“北腦一號”不依賴殘存神經(jīng)通路，而是直接構建“腦-機-肌肉”的信息通路，使患者的意念能夠繞過受損神經(jīng)，實現(xiàn)自主運動控制。

羅敏敏介紹，這種新型的半侵入式腦機接口既提升了信號采集的精準度，又降低了手術創(chuàng)傷和術后風險，彌補了侵入式和非侵入式技術的不足，更適用于卒中后偏癱患者。

目前，北京首批成功完成的3例“北腦一號”手術，是我國腦機接口技術從實驗室走向臨床應用的關鍵一步?！拔覀兊哪康牟皇窃谂R床做幾例試驗，而是要向全國推廣應用，讓更多患者受益?！壁w繼宗說。

來源：中國科學報