腦機接口:機遇與挑戰并存
發布日期:2024-05-22 閱讀次數:164 作(zuò)者:高群 來源:中國(guó)食品藥品網
摘要:
“随着科(kē)技(jì )的進步,現代醫(yī)學(xué)發展迅猛,腦機接口(BCI)為(wèi)神經系統疾病治療開辟了新(xīn)的道路,在醫(yī)療健康領域展現出廣闊的應用(yòng)前景。”在今年4月底中關村論壇中的腦機接口創新(xīn)發展分(fēn)論壇上,首都醫(yī)科(kē)大學(xué)神經外科(kē)學(xué)院院長(cháng)、中國(guó)科(kē)學(xué)院院士趙繼宗表示。
國(guó)家藥品監督管理(lǐ)局組織工程技(jì )術産品研究與評價重點實驗室主任、中國(guó)工程院院士顧曉松也指出,近二十年腦機接口技(jì )術飛速發展,其應用(yòng)領域也在逐漸擴大。
但專家們也認為(wèi),目前腦機接口還處于臨床試驗階段,許多(duō)技(jì )術和倫理(lǐ)問題尚待解決,距離産品上市應用(yòng)還有很(hěn)長(cháng)的距離。
開啓“醫(yī)學(xué)新(xīn)篇章”
近年來,随着研究進展頻頻,腦機接口成為(wèi)全球最熱的賽道之一。在醫(yī)療健康領域,有專家認為(wèi),該項技(jì )術對于一些傳統治療手段難以解決的神經系統疾病,如癫痫、 阿爾茲海默病、四肢癱瘓等,提供了一條新(xīn)的解決路徑,有望開啓“醫(yī)學(xué)新(xīn)篇章”。
據介紹,根據腦信号采集方式,腦機接口大緻可(kě)分(fēn)為(wèi)侵入式和非侵入式兩種形式,這兩種形式均可(kě)實現“從腦到機”(将信号轉換成意圖運動指令)和“從機到腦”(将與外部環境交互的設備捕獲的感覺信息傳遞至大腦)的雙向互動。
所謂侵入式腦機接口,就是通過開顱的方式,将電(diàn)極直接與腦硬膜外、腦皮質(zhì)表面、腦細胞内外等直接接觸,進而完成一系列腦機交互。
在此次分(fēn)論壇上,首都醫(yī)科(kē)大學(xué)宣武醫(yī)院院長(cháng)趙國(guó)光教授重點分(fēn)享了該院在侵入式腦機接口方面的案例。
2023年10月,由清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授洪波和趙國(guó)光帶領的聯合科(kē)研團隊,完成無線(xiàn)微創植入腦機接口NEO(Neural Electronic Opportunity)的工程開發和臨床場景搭建,在宣武醫(yī)院實施了首例臨床試驗。參與此次臨床試驗的患者楊某在半年後通過NEO,使用(yòng)外部輔助手套訓練成功實現了不借助外力的情況下自主開蓋喝(hē)水。此前該名患者被美國(guó)脊髓損傷協會(ASIA)評分(fēn)為(wèi)A(最嚴重),其手部完全癱瘓,肘部稍有活動能(néng)力。趙國(guó)光表示,宣武醫(yī)院将持續開展NEO在輔助進食、操控智能(néng)輪椅等方面的臨床研究。
除了“從腦到機”外,“從機到腦”在治療神經系統疾病也有明顯成果。2022年,宣武醫(yī)院與杭州一家醫(yī)療科(kē)技(jì )公司合作(zuò),将一種反應性刺激(RNS)閉環腦機接口成功應用(yòng)到癫痫患者臨床試驗中。在經過一個月的治療後,受試者每月癫痫平均發作(zuò)次數由730次降低至480次,發作(zuò)次數在2個月的治療後降低至57次,在第4個月後的走訪了解到每個月發作(zuò)次數趨近于零。自2021年以來,該研究已開展實施40餘例,效果良好。
在此次論壇上,非侵入式腦機接口的部分(fēn)研究成果也得到展示。所謂非侵入式腦機接口,是通過附着在頭皮上的穿戴設備(如腦電(diàn)帽、近紅外頭盔或磁共振頭線(xiàn)圈等)來測量大腦的電(diàn)活動或代謝(xiè)活動,以實現“從腦到機”或“從機到腦”的功能(néng)。
天津大學(xué)副校長(cháng)明東介紹,2023年,該校與天津市天津醫(yī)院展開合作(zuò),自主研發了一種腦機微信操作(zuò)系統,讓一名喪失了打字功能(néng)的雙手粉碎性骨折患者通過意念就能(néng)打字發送微信消息。
發展“道阻且艱”
不可(kě)否認的是,在具有無限想象空間的同時,由于其足夠“新(xīn)”,腦機接口在臨床研究上也面臨着諸多(duō)挑戰。如大腦工作(zuò)原理(lǐ)認知不夠清晰、技(jì )術不夠成熟以及一些倫理(lǐ)障礙等。
趙繼宗直言,盡管腦科(kē)學(xué)研究借助CT和磁共振(MRI)等先進技(jì )術,已經能(néng)夠深入觀察神經元和大腦的結構及物(wù)質(zhì)基礎,然而人類對于大腦的認知理(lǐ)解仍然非常有限,進一步研究和理(lǐ)解大腦工作(zuò)原理(lǐ)是推動腦機接口技(jì )術發展的首要關鍵。
他(tā)認為(wèi),需要通過更多(duō)的研究來探索腦神經信号的生成和傳遞過程,從而更精(jīng)确地解析大腦工作(zuò)原理(lǐ)。不僅如此,研究腦原理(lǐ)的過程中,大腦信号的采集、處理(lǐ)與解碼和反饋設備也有一定的制造難度。
相關技(jì )術也亟待突破。“植入電(diàn)極如何保證長(cháng)期安(ān)全和采集高精(jīng)度的腦信号,降低人腦排異反應是目前的一大技(jì )術難點。”趙繼宗說。
今年5月,馬斯克旗下神經連接公司Neuralink宣布,受試者Noland Arbaugh,在腦機植入手術後的幾周内,許多(duō)布局于腦皮質(zhì)内的柔性導線(xiàn)從大腦中縮回,導緻有效電(diàn)極的數量淨減少,使腦與機的信号傳輸速率降低。不過,文(wén)章并未透露出現問題的電(diàn)極數量。文(wén)章顯示,為(wèi)了應對這一變化,Neuralink改進了将這些信号轉換為(wèi)光标移動的技(jì )術,并增強了用(yòng)戶界面,以提升了受試者控制光标的能(néng)力。
除上述問題外,腦機接口治療疾病涉及到諸多(duō)倫理(lǐ)問題,尤其是植入式腦機接口的安(ān)全性。
據了解,為(wèi)防範腦機接口研究與技(jì )術應用(yòng)過程中的科(kē)技(jì )倫理(lǐ)風險,2023年12月,中國(guó)國(guó)家科(kē)技(jì )倫理(lǐ)委員會人工智能(néng)倫理(lǐ)分(fēn)委員會出台《腦機接口研究倫理(lǐ)指引》。不過專家也坦言,目前人對腦的認知不夠全面,随着臨床研究的不斷推進,新(xīn)的倫理(lǐ)問題也會随之出現,現有的文(wén)件還需适時修訂。
接受腦機接口技(jì )術治療的患者信息安(ān)全也至關重要。趙繼宗認為(wèi),在腦機接口應用(yòng)的過程中,如何對腦活動數據進行有效安(ān)全的管理(lǐ)并制定相關标準規範,來保護患者隐私還有待商榷。
資源整合突破險阻
顧曉松表示,要想進一步推動腦機接口産業的健康發展,亟待構建具有良好生态引領發展的未來産業孵化平台。
趙繼宗也建議,發揮“政産學(xué)研用(yòng)”橋梁紐帶作(zuò)用(yòng),為(wèi)我國(guó)腦機接口、腦機交互、腦機智能(néng)領域規劃布局提供支撐建議,加強跨領域與行業交流,推動技(jì )術創新(xīn)與應用(yòng)探索。近年來,我國(guó)陸續出台一系列文(wén)件,對腦機技(jì )術及應用(yòng)發展給予鼓勵。
2023年1月,工業和信息化部等十七個部門印發《“機器人+”應用(yòng)行動實施方案》,明确提及要圍繞神經系統損傷、損傷後腦認知功能(néng)障礙、癱瘓助行等康複治療需求,突破腦機交互等技(jì )術,開發用(yòng)于損傷康複的輔助機器人産品;推動腦機接口輔助康複系統等新(xīn)技(jì )術新(xīn)産品加速應用(yòng)。
2024年1月,工業和信息化部等七個部門印發《關于推動未來産業創新(xīn)發展的實施意見》,為(wèi)全面布局未來産業,要研發腦機交互等先進技(jì )術的高端醫(yī)療裝(zhuāng)備和健康用(yòng)品;為(wèi)打造标志(zhì)性産品,須突破腦機融合、類腦芯片、大腦計算神經模型等關鍵技(jì )術和核心器件,研制一批易用(yòng)安(ān)全的腦機接口産品;為(wèi)優化産業支撐體(tǐ)系,聚焦腦機接口等重點領域,制定标準化路線(xiàn)圖,研究基礎通用(yòng)、關鍵技(jì )術、試驗方法、重點産品、典型應用(yòng)以及安(ān)全倫理(lǐ)等标準,适時推動相關标準制定。
但政策的支持和鼓勵,還需要進一步細化和落地。趙繼宗表示,腦機接口臨床試驗研究的納排标準也需相關文(wén)件指導。“什麽樣的患者能(néng)使用(yòng)腦機接口治療,什麽樣的患者不能(néng);納入、排除、剔除和終止的标準是什麽等,也需要有相關的規範。”
顧曉松強調,要充分(fēn)發揮國(guó)家重大創新(xīn)平台、高校科(kē)研院所與企業的功能(néng)整合聯合作(zuò)用(yòng)。
2023年2月,由中國(guó)信息通信研究院、清華大學(xué)、天津大學(xué)、天壇醫(yī)院等幾十家腦機接口領域高校、科(kē)研機構、企業共同發起成立的腦機接口産業聯盟,力求集衆家之長(cháng),在腦機接口相關研究上發揮作(zuò)用(yòng)。據明東介紹,該聯盟在關鍵器件平台方面已有進展:例如,為(wèi)解決傳統濕電(diàn)極操作(zuò)繁瑣,傳統幹電(diàn)極性能(néng)較差,由天津大學(xué)發明的“新(xīn)型軟梳電(diàn)極”獲得國(guó)家知識産權局發明專利授權。
同時,為(wèi)打破發達國(guó)家對于國(guó)内高性能(néng)腦電(diàn)采集芯片的封鎖,該聯盟正加大力度研發國(guó)産芯片。
學(xué)界也在積極努力。2024年3月,中華醫(yī)學(xué)會神經外科(kē)分(fēn)會年會在昆明召開,會上50多(duō)名神經外科(kē)醫(yī)生進行了中國(guó)腦機接口臨床醫(yī)學(xué)研究的共識讨論。
趙繼宗坦言:“共識的目的是更好地、積極地投入腦機接口的研發并保護患者的安(ān)全。”(
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