近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱“腦智卓越中心”）等，成功開展了中國首例侵入式腦機(jī)接口的前瞻性臨床試驗(yàn)，標(biāo)志著我國在侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上，成為全球第二個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段的國家。
技術(shù)創(chuàng)新 帶來應(yīng)用前景
腦智卓越中心研究團(tuán)隊(duì)研制及生產(chǎn)的神經(jīng)電極，是目前全球最小尺寸、柔性最強(qiáng)的神經(jīng)電極，截面積僅為國外同類產(chǎn)品的1/5到1/7，柔性超過百倍，最大程度上降低了對(duì)腦組織的損傷。
▲超柔性電極尺寸極小，僅約頭發(fā)絲的1/100
該超柔性神經(jīng)電極具備高密度、大范圍、高通量、長時(shí)間的穩(wěn)定在體神經(jīng)信號(hào)采集能力，已相繼完成在嚙齒類、非人靈長類和人腦中長期植入及穩(wěn)定記錄驗(yàn)證，為植入式腦機(jī)接口前端電極組織相容性差和信道帶寬窄的關(guān)鍵瓶頸，提供了開拓性的解決方案。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，是國內(nèi)唯一獲得注冊型式檢驗(yàn)報(bào)告，且可以長期穩(wěn)定采集到單神經(jīng)元Spike信號(hào)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。其毫秒級(jí)、單神經(jīng)元水平的神經(jīng)信號(hào)捕獲特性，為應(yīng)用提供了良好的神經(jīng)電信號(hào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
在手術(shù)友好程度方面，植入體直徑26mm、厚度不到6mm，是全球最小尺寸的腦控植入體，僅硬幣大小。
▲全球最小尺寸的腦控植入體
有別于國外同類型產(chǎn)品，該侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)可通過較少數(shù)量的植入電極實(shí)現(xiàn)相似的控制水平，能夠提高患者獲益風(fēng)險(xiǎn)比。
實(shí)時(shí)在線解碼算法 讓患者“隨心所欲”
實(shí)時(shí)在線解碼是腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)需在十幾毫秒窗口期內(nèi)，完成神經(jīng)信號(hào)的特征提取、運(yùn)動(dòng)意圖解析及控制指令生成全流程。
研究團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)的在線學(xué)習(xí)框架，創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)解碼器的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。
該解碼框架采用參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，協(xié)調(diào)解碼器優(yōu)化和神經(jīng)可塑性，突破傳統(tǒng)靜態(tài)解碼模型難以適應(yīng)神經(jīng)信號(hào)時(shí)變特性的局限性。
結(jié)合柔性電極信號(hào)采集穩(wěn)定性優(yōu)勢，和高精度神經(jīng)發(fā)放估計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了低延遲、高魯棒性、跨天穩(wěn)定的實(shí)時(shí)在線運(yùn)動(dòng)解碼。
兼具安全性和功能性
在此前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)被植入到獼猴運(yùn)動(dòng)皮層的手部和手臂功能區(qū)，系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)感染和電極失效的情況。
經(jīng)過訓(xùn)練，獼猴實(shí)現(xiàn)了僅憑神經(jīng)活動(dòng)控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，還能完成目標(biāo)引導(dǎo)下的腦控打字。
在平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間后，獼猴的植入體被手術(shù)安全取出，并更換新植入體在同一個(gè)顱骨開孔位置完成二次植入。
術(shù)后系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，同樣未出現(xiàn)感染和電極失效的情況，獼猴快速適應(yīng)新系統(tǒng)并流暢實(shí)現(xiàn)腦控光標(biāo)。
該手術(shù)的順利完成驗(yàn)證了植入體通過二次手術(shù)升級(jí)換代的可行性。
有望讓患者“重獲新生”
受試者是一位因高壓電事故導(dǎo)致四肢截肢的男性。
在為受試者進(jìn)行手術(shù)前，研究團(tuán)隊(duì)采用了功能磁共振成像聯(lián)合CT影像技術(shù)，重構(gòu)了受試者專屬三維模型與人腦運(yùn)動(dòng)皮層的詳細(xì)功能地圖以確保植入位置的精確性。整個(gè)手術(shù)過程精確到毫米級(jí)別，最大限度地保證了安全性和有效性。
自2025年3月植入該腦機(jī)接口設(shè)備以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，術(shù)后至今兩個(gè)多月未出現(xiàn)感染和電極失效的情況。
僅用2周-3周的訓(xùn)練，受試者便實(shí)現(xiàn)了下象棋、玩賽車游戲等功能，達(dá)到了跟普通人控制電腦觸摸板相近的水平。
下一步，研究團(tuán)隊(duì)將嘗試讓受試者使用機(jī)械臂，使他可以在物理生活中完成抓握、拿杯子等操作。
后續(xù)還將涉及到對(duì)復(fù)雜物理外設(shè)進(jìn)行控制，例如對(duì)機(jī)器狗、具身智能機(jī)器人等智能代理設(shè)備的控制，從而拓展受試者的生活邊界。
未來，該侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)有望顯著改善百萬完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側(cè)索硬化癥患者群體的生存質(zhì)量。
▲受試者未來生活展望
