引言
什么是「腦機接口」？ 因何成為醫(yī)療行業(yè)關注焦點？ 從研發(fā)到落地有多遠的路要走？前言
被全球腦科學家關注的腦機接口技術，正逐漸成為全球領域的新風口。什么是腦機接口？腦機接口因何成為醫(yī)療行業(yè)關注焦點？從研發(fā)到落地還有多遠的路要走？其中有何難點？作為新興而神秘的賽道，各國探尋的腳步從未停歇。
●2019年，科技狂人埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink布局腦機接口的研發(fā)和動物實驗，2022年，美國FDA以安全性為由拒絕馬斯克的Neuralink腦機接口人體試驗申請。
●2022年7月，作為Neuralink公司的競爭者，Synchron完成美國首例在患者體內(nèi)植入腦機設備的手術，將一個1.5英寸的裝置植入肌萎縮性嵴髓側索硬化癥患者的大腦。
●2022年9月，世界人工智能大會上，腦虎科技對外發(fā)布“腦機接口集成式顱頂半植入醫(yī)用級BCI產(chǎn)品”，系國內(nèi)腦機接口(BCI)領域首個半侵入式設備。
●2023年5月，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京獲得成功，試驗在猴腦內(nèi)實現(xiàn)介入式腦機接口腦控機械臂。
火到出圈的神秘賽道
近年來世界多國相繼提出人類腦計劃，搶占全球科技競爭戰(zhàn)略高地，我國“十三五”“十四五”中也將“腦科學與類腦研究”列為規(guī)劃重大科技創(chuàng)新項目和工程之一，但我國腦機接口起步相較于以美國為首的西方國家更晚。
腦機接口（Brain-Computer Interface,BCI），是一種在腦與外部設備之間建立通信和控制通道，用腦的生物電信號直接操控外部設備，或以外部刺激調(diào)控腦的活動，從而增強、改善和延伸大腦功能的技術。主要分為三種——侵入式、非侵入式、介入式，其主要包含信號采集、信號處理、信號執(zhí)行、神經(jīng)反饋四個功能模塊。
△侵入式通常需行開顱手術，將電極植入大腦皮層采集腦電信號，易引起人體排異反應、技術難度大、技術壁壘較高，但采集信號質(zhì)量高。
△非侵入式只需在頭皮穿戴信號采集設備，對人體傷害較小，技術難度較低，但弊端是很難實現(xiàn)腦電信號的持續(xù)、穩(wěn)定及精準捕捉。
△介入式作為完全侵入式和非侵入式之間的折中選擇，是通過微創(chuàng)介入方式，將血管穿刺小口，通過類似心臟支架的微創(chuàng)手術實現(xiàn)腦機連接。
目前布局非侵入式技術企業(yè)較多，2020年非侵入式腦機接口占腦機接口市場規(guī)模的86%。而鑒于侵入和非侵入各有弊端，微創(chuàng)介入式的腦機接口技術有望為后續(xù)技術發(fā)展帶來更多可能。
2023年5月5日，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗（南開大學牽頭，與中國人民解放軍總醫(yī)院（301）、上海心瑋醫(yī)療聯(lián)合完成）就是通過介入手術將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無需開顱手術即可采集到顱內(nèi)腦電信號，較于傳統(tǒng)侵入式和非侵入式腦機接口，介入式腦機接口創(chuàng)傷較侵入式更小，信號質(zhì)量較非侵入式更高，兼顧了安全性與識別穩(wěn)定性，此次試驗的成功是介入式BCI的里程碑事件。
介紹了腦機接口的種類，那么腦機接口能用于哪些醫(yī)療領域呢？
醫(yī)療領域仍是主戰(zhàn)場
腦機接口依然處在“蓄力期”，除了娛樂、教育等領域外，醫(yī)療健康領域是腦機接口最初、最直接和最主要的也是目前最接近商業(yè)化的應用領域，占當前腦機接口技術的市場規(guī)模比率達62%。腦機接口技術可將腦電信號轉換為控制指令，進而幫助運動功能障礙患者，與外部設備交互，提升生活質(zhì)量，腦機接口具備監(jiān)測、改善/恢復、替代和增強四大功能，除用于腦部疾病外，腦機接口還可治療抑郁癥、多動癥、自閉癥、癲癇等疾病，及疾病的康復治療，主要應用領域有：
1）精神疾?。?/strong>抑郁癥、強迫癥、精神分裂
2）神經(jīng)類疾病：癲癇、失眠、語言障礙、多動癥
3）肢體運動障礙：漸凍癥、重癥肌無力、腦卒中、癲癇、視障患者、聽覺缺陷人群等
4）慢性意識障礙：阿茲海默癥、漸凍癥、植物人、帕金森
創(chuàng)新企業(yè)紛紛布局
2015至2022上半年，國內(nèi)腦機接口行業(yè)共37家企業(yè)獲得融資。國外的研發(fā)廠家以Neuralink、Synchron、BrainGate、Blackrock Neurotech、ClearPoint Neuro、NeuroPace等為主，國內(nèi)布局的企業(yè)也日趨增多，以博?？怠⒛X虎科技、強腦科技、寧矩科技等為代表。由于腦機接口技術的發(fā)展路徑不相同，中國以非侵入式腦機接口企業(yè)為主，美國以侵入式腦機接口企業(yè)為主。
產(chǎn)品市場準入難點
侵入vs非侵入的選擇
精度與安全是腦機接口的兩難選擇，是腦機接口技術的核心挑戰(zhàn)。蛋殼研究院指出，侵入式BCI技術當前面臨電極在體工作壽命短、植入創(chuàng)傷大、信息采集帶寬不足三大技術困境，如何解決植入電極后信號衰減、最大限度避免芯片植入對大腦的損傷、采集到更多神經(jīng)元信號，是侵入式BCI目前面臨的技術瓶頸。對于非侵入式BCI技術，設備輕便易于佩戴至關重要，無創(chuàng)腦機電極需兼顧電特性/舒適性/便捷性。
電極的發(fā)展方向
傳統(tǒng)用于信息獲取感知單元的剛性接口硬件信號不穩(wěn)定、易引起腦組織炎癥反應，已經(jīng)難以滿足需求。與之相比，柔性電極能緊密地與生物組織融合，從而快速交換神經(jīng)信息、運動信息和環(huán)境信息等，是未來重點發(fā)展的技術方向（基于蠶絲蛋白、超軟水凝膠的柔性電極）。柔性電極依據(jù)安放位置可分為顱內(nèi)電極和顱外電極，顱內(nèi)電極可以分為侵入式和半侵入式電極；顱外電極可以分為干/半干/濕電極。
臨床適應癥的選擇
BCI產(chǎn)品適應癥的選擇是很多企業(yè)關注的問題，也是目前行業(yè)難點。從研發(fā)到臨床試驗，廠家可選擇國內(nèi)外已進入臨床試驗的疾病領域，如阿爾茨海默?。ˋD）、癲癇、漸凍癥、抑郁癥等，便于后期注冊審評時有經(jīng)驗可循，執(zhí)行時可側重于有豐富經(jīng)驗的三甲醫(yī)院，如承接過難治性抑郁癥臨床研究的上海瑞金醫(yī)院、擁有浙江大學腦機接口臨床轉化研究團隊的浙大二院、作為國家神經(jīng)疾病醫(yī)學中心并較早啟動腦機接口研究的北京宣武醫(yī)院等。若是新興領域，在試驗前需充分調(diào)研該疾病在腦機接口治療的預后效果、實施難易程度、患病人群數(shù)量等因素。目前頭部廠家比較關注的適應癥還有脊髓損傷、腦干卒中、肌萎縮側索硬化（漸凍癥）等等。
研發(fā)技術挑戰(zhàn)
億歐研報指出，國內(nèi)基礎科學相對落后，底層的技術仍是來自歐美，很多底層的算法仍然把握在歐美手中，腦電信號的有效采集技術待突破，由技術到環(huán)境的壁壘仍存在，包括非線性和非平穩(wěn)性、工程技術難題、信號傳輸率、信號處理、訓練集、數(shù)據(jù)分析方法、績效評估指標、BCI系統(tǒng)的低ITR、專門為 BCI技術分配的實驗室。
跨學科型人才難尋
大腦機制過于復雜，生物學的研究僅占腦機接口技術的一部分，更多腦部未解之謎還需神經(jīng)學科、醫(yī)學、計算機、電子信息科學等更多學科人才加入才能全面推進，全球知名學府相應開設腦機研究專業(yè)或項目為將來的發(fā)展提供人才儲備，目前中國缺失腦機領域的復合型人才，若想迎頭趕上則在該領域還需加大投入力度。
動物實驗倫理規(guī)范
動物實驗是腦機接口進入臨床前關鍵的一步，通過動物實驗可在一定程度上獲得安全性和有效性的數(shù)據(jù)。進行動物實驗需遵循倫理規(guī)范和動物保護法律法規(guī)，在保證實驗數(shù)據(jù)準確性的前提下，盡可能的減少動物使用數(shù)量及動物的疼痛最小化。目前針對腦機接口動物實驗的倫理規(guī)范尚未建立，因此需完善此方面的政策法規(guī)。
臨床試驗執(zhí)行規(guī)范
腦機接口技術需要大規(guī)模的臨床試驗和更加嚴謹?shù)囊?guī)范來推動其順利落地應用，依據(jù)影響醫(yī)療器械風險程度的因素、風險程度高低兩類判斷標準，目前，腦機接口臨床試驗規(guī)范還需要更加完善和細化，例如腦機接口臨床準入細則、數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及治療效果評估等等方面的指導，以確保在腦機接口產(chǎn)品的開發(fā)和推廣過程中不會出現(xiàn)安全隱患。《醫(yī)療器械分類目錄》規(guī)定腦機接口設備的分類監(jiān)管要求如下：
美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）發(fā)布的《用于癱瘓或截肢患者的植入式腦機接口（BCI）設備的非臨床和臨床考慮因素—FDA工作人員指南》中也對植入式BCI醫(yī)療器械在申請臨床研究性器械豁免（IDE）或注冊上市的預提交階段提出了可借鑒的一般性建議，但我國藥監(jiān)局尚未發(fā)布類似指南，許多專家呼吁建立腦機技術的標準和數(shù)據(jù)規(guī)范，以促進研究與行業(yè)有序發(fā)展。
結語
腦機接口作為當今科技領域的重要支柱，目前還處在探索階段，許多技術和倫理問題尚待解決，實現(xiàn)廣泛應用仍需克服包括技術研發(fā)、安全性、法規(guī)倫理以及成本可及性等在內(nèi)的眾多挑戰(zhàn)，相信隨著腦研究的不斷深入，腦機接口有望帶來革命性的變革，未來腦機接口在醫(yī)療領域的應用前景值得期待。
