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近日，中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)腦(nao)科(ke)學(xue)與(yu)智能技術卓越創新中(zhong)心（以下(xia)簡稱“腦(nao)智卓越中(zhong)心”）等，成功(gong)開展了中(zhong)國(guo)首例侵入式腦(nao)機接(jie)口的(de)前瞻性臨床(chuang)(chuang)試驗，標志著我國(guo)在侵入式腦(nao)機接(jie)口技術上，成為全球第二個進入臨床(chuang)(chuang)試驗階段的(de)國(guo)家。

01技術創新帶來應用前景

腦智卓越中心研究團隊研制(zhi)及生(sheng)產的神經電(dian)極，是目(mu)前全球最(zui)小(xiao)尺(chi)寸、柔性(xing)(xing)最(zui)強的神經電(dian)極，截面積僅為(wei)國外同類產品的1/5到1/7，柔性(xing)(xing)超過(guo)百(bai)倍，最(zui)大程度上降低了(le)對腦組織的損傷。

我國(guo)侵(qin)入式(shi)腦機接口進入臨床試(shi)驗(yan)階段(duan)

▲超柔性(xing)電(dian)極尺(chi)寸極小，僅約頭發絲的1/100

該超柔(rou)性神經(jing)電極具備(bei)高(gao)密度、大范圍(wei)、高(gao)通量、長時間的穩(wen)定在體(ti)神經(jing)信號(hao)采集能力，已相繼完成在嚙(nie)齒類、非人靈長類和(he)人腦(nao)中(zhong)長期植入(ru)(ru)及(ji)穩(wen)定記錄驗(yan)證，為植入(ru)(ru)式腦(nao)機接口(kou)前(qian)端電極組織相容(rong)性差(cha)和(he)信道帶寬窄的關(guan)鍵(jian)瓶頸，提供(gong)了開拓性的解決方案。

團隊研發的(de)侵入式腦機接口系統，是(shi)國內唯一獲(huo)得(de)注(zhu)冊型式檢驗報告，且可以(yi)長期(qi)穩定(ding)采(cai)集到單神(shen)(shen)經(jing)元(yuan)Spike信號的(de)腦機接口系統。其毫秒級、單神(shen)(shen)經(jing)元(yuan)水平(ping)的(de)神(shen)(shen)經(jing)信號捕獲(huo)特性(xing)，為(wei)應(ying)用提供了(le)良(liang)好的(de)神(shen)(shen)經(jing)電信號數(shu)據基礎。

在手(shou)術友(you)好程度(du)方面，植(zhi)入(ru)體直徑26mm、厚度(du)不到6mm，是全球最小尺寸的腦控(kong)植(zhi)入(ru)體，僅硬幣大(da)小。

我國侵入(ru)式腦機接口(kou)進入(ru)臨床(chuang)試(shi)驗(yan)階段

▲全球最小尺寸(cun)的(de)腦控植入(ru)體

有別于(yu)國(guo)外(wai)同類型產品(pin)，該侵入式腦(nao)機接口系統可通過較少(shao)數量的植入電極實現相似的控制水平，能夠提高(gao)患(huan)者(zhe)獲益風險比。

02實時在(zai)線解(jie)碼算法(fa)讓患(huan)者“隨心所(suo)欲”

實(shi)時(shi)在線解(jie)碼是腦機(ji)接口技(ji)術的(de)(de)關鍵(jian)環(huan)節。系統(tong)需在十幾毫秒窗口期內，完成神(shen)經信號的(de)(de)特征(zheng)提取、運動意圖(tu)解(jie)析及(ji)控(kong)制指令生成全(quan)流程。

研究團隊通過自(zi)主研發的在線學習框(kuang)架，創造性實(shi)現了神經解碼器的動態(tai)優化。

該解碼框架采用參數(shu)自適應調節(jie)機制，協調解碼器優化和神經可(ke)塑性，突破傳統靜(jing)態解碼模型(xing)難以(yi)適應神經信號時(shi)變(bian)特性的局限性。

結合柔性(xing)電極(ji)信號(hao)采(cai)集(ji)穩定性(xing)優勢，和高精度神(shen)經發放估(gu)計策略，實現(xian)了低延(yan)遲、高魯棒(bang)性(xing)、跨天(tian)穩定的實時在(zai)線運動解碼。

03兼具安(an)全性(xing)和功(gong)能性(xing)

在(zai)此前的(de)(de)動物實驗中，侵入式(shi)腦機接(jie)口系統(tong)被(bei)植入到獼猴(hou)運(yun)(yun)動皮層的(de)(de)手(shou)部和手(shou)臂功能區，系統(tong)持續運(yun)(yun)行穩定(ding)，未出(chu)現感(gan)染和電極(ji)失效的(de)(de)情(qing)況。

經過訓練，獼猴實(shi)現了僅(jin)憑神經活動控制計算機光標運(yun)動，還能(neng)完成目標引導下的腦(nao)控打字。

在平穩運行(xing)一段時間后，獼猴的植入體(ti)被手術安(an)全取出，并更換新植入體(ti)在同(tong)一個顱骨開(kai)孔位置完成(cheng)二次植入。

術(shu)后系統(tong)持續(xu)運行穩定，同樣(yang)未出現感(gan)染和電極失(shi)效的情況，獼(mi)猴快速(su)適應新系統(tong)并流暢實現腦控(kong)光標。

該手術的順(shun)利完成驗證了植入體通(tong)過二次手術升級換代的可行(xing)性。

04有望(wang)讓患者“重獲(huo)新生”

受試(shi)者是一位因(yin)高壓(ya)電事故(gu)導致四肢截肢的男性。

在為受(shou)試者(zhe)(zhe)進行手(shou)術(shu)前(qian)，研(yan)究團隊采用了功能磁共振成(cheng)像聯合CT影像技術(shu)，重構了受(shou)試者(zhe)(zhe)專屬(shu)三(san)維模(mo)型與人(ren)腦運動皮層的(de)詳細功能地(di)圖以(yi)確(que)保植入位置的(de)精確(que)性。整個手(shou)術(shu)過程精確(que)到毫米級別(bie)，最(zui)大限度地(di)保證了安全性和有(you)效性。

自(zi)2025年3月植入該腦機接口設備以來(lai)，系統運(yun)行穩定，術后至今兩個多月未(wei)出現感染和(he)電極(ji)失效的情況。

僅用2周-3周的訓(xun)練，受試者便實現了下象棋、玩賽(sai)車游戲(xi)等功能，達到(dao)了跟(gen)普通人控制電腦觸摸板相(xiang)近(jin)的水平。

下一(yi)步，研究團隊將嘗試讓受試者使用機械臂，使他(ta)可以在物理(li)生活中完成抓握、拿杯(bei)子等操作。

后續還(huan)將涉及到(dao)對復雜物理(li)外設進行控(kong)制(zhi)，例如對機(ji)器狗、具身智能機(ji)器人(ren)等智能代理(li)設備的(de)控(kong)制(zhi)，從而(er)拓展受試者的(de)生活邊界。

未(wei)來，該(gai)侵入式腦機接口系(xi)統有望顯著(zhu)改善百萬完全性脊髓損傷、雙上肢截肢及肌萎縮側索硬化癥患(huan)者群體的生存質量。

我國(guo)侵入式腦機接口進入臨床試驗階段

▲受試者未來生活展望

本文由廣州佳譽醫療(liao)器(qi)械有限公(gong)司(si)/佛山浩(hao)揚醫療(liao)器(qi)械有限公(gong)司(si)聯合(he)編輯