【中国之声】我国首例侵入式脑机接口技术进入临床试验新阶段

发布时间:2025-06-18

当你还在幻想能像里面的角色一样用大脑控制电脑的时候,这个幻想早已照进现实。近年来,脑机接口发展迎来一个热潮。随着半侵入式脑机接口技术日趋成熟,侵入式脑机接口成为领域探索的前沿。

近日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合复旦大学附属华山医院等,成功开展了中国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验。这一重要原创性突破标志着我国在侵入式脑机接口技术上成为继美国之后,全球第二个进入临床试验阶段的国家。接受前瞻性临床试验的患者,至今已术后三个月,效果很好。

我国首例侵入式脑机接口技术表现出哪些优越性?克服了哪些技术难点?未来将应用到哪些领域?

受试者:24岁的时候,也就是13年前,一次高压电意外让我失去了四肢。我也曾无数次地想过放弃。有时候就想着自己是一个废人,啥也干不了。两年前,知道(脑机接口)这个事情,但是感觉离自己很遥远。也就是偶尔一次机会,我第一感觉就是我想去做(脑机接口)!

接受我国首例侵入式脑机接口临床试验的受试者是一位因高压电事故导致四肢截肢的男性。今年3月,复旦大学附属华山医院路俊锋教授带领着团队完成了这项手术。他告诉我们,植入这一脑机接口设备至今,系统运行稳定,未出现感染和电极失效的情况。

路俊锋:这是一个非常微创的手术,所以这个患者在术后第二天就已经坐起来,跟我们正常人一样了。为了确保他安全,我们在术后第五天到第七天的时候让他出院,出院之后患者恢复非常好。现在患者生活也是多姿多彩,能够精准地控制光标,通过脑控的手段实现赛车游戏、下象棋游戏、发信息、打字这一系列的操作。

术后,这位受试者时隔十多年终于找回了亲自控制电脑的快感。

受试者:我回到家以后只要把帽子一戴,相当于连接上了,帽子就相当于一个充电宝,信号通过这个线都采集过去。原来只是看着别人在玩,自己体会不到那种感觉,现在十几年了,我亲身体验玩游戏的这种感觉,无形当中给我精神上是一个特别大的帮助。

植入这位受试者脑中的设备是一枚直径26mm、厚度不到6mm的神经电极。这是全球最小尺寸的脑控植入体,由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心赵郑拓和李雪研究组研发。

赵郑拓:这套硬币大小植入体技术使得我们可以通过一个相对比较微创的手术方案,在颅骨上进行一个颅骨的打薄,在打薄区域进行一个5mm直径的穿刺孔,就可以利用这个通路把微小的电极递送进大脑中,实现稳定的信息向外的传输和交互,对患者来说,手术风险大大降低,创伤也大大减少。

微创手术本身对路俊锋医生来说并不难,而这次手术的挑战来自要往大脑里放东西,这便要求他的团队既要把这个东西放到精准的位置上,还要让它能好好地待在那里。

路俊锋:第一个,我们需要把这个电极精准地放到我们希望放到的功能脑区上去,为了确保这个脑区的精准,我们采用了包括核磁共振功能磁共振技术、术中磁共振技术,一系列的人脑功能图谱的重建工作,这一系列的脑功能重建的技术,确保了我们把电极放到我们所希望的脑功能区上去。第二个,我们采用了多项的加固技术,确保电极稳定地保留在我们的皮层上面。

去年,马斯克的企业Neuralink在全球率先完成侵入式脑机接口临床试验。而我国科学家研制出的这款侵入式脑机接口设备更为先进。赵郑拓说,我们的电极比他们的更薄更软,性能更好。

赵郑拓:总体我们的尺寸在厚度上是他们的1/5,在柔软程度上优于Neuralink电极近百倍。这些是给我们带来长期记录的性能,以及高带宽技术性能上的一些优势的主要原因。

有人会疑惑:硬币大小的电极植入脑子里也会不舒服吧?赵郑拓说,无需担心,特别的工艺和先进的技术,让这块电极与大脑完美融合,几乎没有异物感。

赵郑拓:我们的神经电极其实是利用了半导体加工工艺将电极尺寸加工到跟大脑中这些神经元组织相似的大小,同时把神经电极加工到它的柔软程度,也就是我们弯折这些电极需要使用的力跟大脑中神经元跟神经元之间相互作用、相互碰撞的力一样的量级。所以这样的话它既小又柔软,在大脑中可以长期稳定地工作。

光解决了舒适度还远远不够。一般的微尺度传感器容易被体液腐蚀,东西都融化了,自然就不能用了。于是,赵郑拓团队在设备的工艺和结构等方面也下了很多功夫。

赵郑拓:对于在大脑中进行信号采集来说,目前这些微尺度的传感器在体液严苛的免疫环境下,甚至是腐蚀的环境下,它如何能够长期存在,我们在这方面做了很多工艺上的创新,结构上的创新。另外把很多半导体领域用到的一些可靠性的标准、可靠性的技术,引入到我们这个所谓医疗器械的核心器件的加工中,最终使得我们可以克服这些问题。相比于传统的在大脑中做记录的这些宏观尺寸的电极来讲,我们保证一个良好的生物相容性,良好的精细信号采集能力。

接下来说说最重要的问题:好不好用?实时在线解码是脑机接口技术的关键环节。系统需在十几毫秒窗口期内完成神经信号的特征提取、运动意图解析及控制指令生成全流程,核心挑战是建立毫秒级高精度响应的闭环控制链路,适应神经信号的非平稳性。赵郑拓团队通过自主研发的在线学习框架,创造性实现了神经解码器的动态优化。

赵郑拓:我们可以做到算法轻量化,算法的工作效率很高,真正实现所谓实时的控制。很多时候,神经信号的不稳定性会导致我们脑控的不稳定性,导致应用效果的不稳定性,所以在这方面我们做了很多技术上的优化。我们实时地通过患者在使用这套系统的过程中收集到的神经活动去补偿、去纠正、去优化,在它使用的过程中就去调整解码器的参数,从而使得即使大脑神经活动发生一些自然的变化也好,或者说基于环境变化神经活动发生变化,我们都可以很快地补偿回来,使得它最终在应用端它的性能不会有很大的变化,可以稳定地输出。

这款超柔性神经电极具备高密度、大范围、高通量、长时间的稳定在体神经信号采集能力,已相继完成在啮齿类、非人灵长类和人脑中长期植入和稳定记录验证,为植入式脑机接口前端电极组织相容性差和信道带宽窄的关键瓶颈提供了开拓性的解决方案。路俊锋表示,从现在到临床普及,还有几步路要走。

路俊锋:先要完成目前探索性的临床试验,前期的临床试验安全性和有效性的验证工作。第二步要进行国内多中心的临床实验,进一步验证电极产品的有效性,通过了这一系列临床实验结果之后,通过产品的一系列的注册,再推广运用到临床上。

该系统在未来获批注册上市后,有望显著改善完全性脊髓损伤、双上肢截肢及肌萎缩侧索硬化症患者等群体的生存质量。赵郑拓透露,目前这款设备植入脑中的使用寿命为5年。5年后怎么办?团队已经在猕猴上更换新植入体在同一个颅骨开孔位置完成二次植入。也就是说,未来这项侵入式脑机接口技术可以像电脑一样更新换代。

赵郑拓:我们的系统在同样的位置植入进行脑控,过一段时间在原来的位置将电极以及系统完整地取出电极,电极没有任何损伤,完整地从大脑中移除出来之后,我们在原位再给它更新一个新的系统。未来这样的系统在患者上如果说通过一个小的手术它可以更新换代的话,它永远可以使用到最新技术给他们带来的更大的获益。

那么,新系统会有怎样的升级?中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明透露,未来它或许能让受试者使用机械臂在物理生活中完成抓握、拿杯子等操作。后续还将涉及对复杂物理外设进行控制,例如对机器狗、具身智能机器人等智能代理设备的控制,从而拓展他的生活边界。

蒲慕明:脑控跟控脑是脑机接口的两个方向。你读取信息用来控制外面的器件或者是假手假肢,这叫作脑控。还有你也可以控脑,我知道我拿到的东西,我碰到的是一个软的杯子,结果马上写入我的感觉信息的脑区,通知我的运动皮层,告诉我的输出——我的机械手用力要稍微轻一点,就是反馈了。所以脑控跟控脑的这两个方向,最终是可以达到一个闭环,这是最终的脑机接口的目标。

这也是我国首例侵入式脑机接口受试者憧憬的未来。

受试者:我想将来能控制我的机械臂,脑袋一想,所有智能的东西我都能操作。有时候一家人开赛车比赛,一个家的幸福在哪儿,一家人在一块儿共同地做一件事情,这就是幸福,这就是快乐。

来源 朱敏 窦筠韵 2025-06-14


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