科技創(chuàng)新是醫(yī)學(xué)進(jìn)步的持久動(dòng)力。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)、智能技術(shù)等快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新站到了新的歷史起點(diǎn)上，腦科學(xué)與類腦智能、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、人工智能、基因治療等技術(shù)在疾病診療中顯示出巨大潛力，眾多疾病的診療手段和方案在不斷提質(zhì)升級(jí)。這些技術(shù)是如何取得突破的?醫(yī)師科學(xué)家們有哪些鮮為人知的故事?它們的應(yīng)用意味著什么?會(huì)給人們的生命健康保障帶來(lái)哪些變化?

為展示醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新成果，發(fā)揮醫(yī)師科學(xué)家榜樣作用，弘揚(yáng)勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，健康北京、健康報(bào)推出《前沿訪談》欄目，深度采訪北京市醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新院士、北京學(xué)者等“領(lǐng)航”權(quán)威專家，解密前沿醫(yī)學(xué)科技，講述醫(yī)學(xué)創(chuàng)新故事，展望衛(wèi)生健康未來(lái)，大力營(yíng)造尊重科學(xué)、尊重人才、勇于創(chuàng)新的良好氛圍。

腦機(jī)接口

為大腦通信另辟蹊徑

訪談嘉賓

趙國(guó)光

北京學(xué)者

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院黨委副書記、院長(zhǎng)

國(guó)家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院黨委副書記、院長(zhǎng)，國(guó)家神經(jīng)疾病醫(yī)學(xué)中心主任，北京學(xué)者。長(zhǎng)期從事功能性腦疾病的診療與轉(zhuǎn)化研究，首次發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)的傳播機(jī)制;首創(chuàng)基于立體定向腦電圖交叉消融的微創(chuàng)治療體系及無(wú)創(chuàng)數(shù)字療法，相關(guān)診療方案被納入國(guó)際相關(guān)指南;研發(fā)了首臺(tái)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人，該機(jī)器人被推廣至全國(guó)200余家醫(yī)院。

Q

腦機(jī)接口作為一個(gè)新名詞、一項(xiàng)新技術(shù)，近來(lái)得到人們密集關(guān)注。請(qǐng)您解釋一下腦機(jī)接口到底是什么?

北京學(xué)者趙國(guó)光教授

通俗地來(lái)講，腦機(jī)接口就是采集人的意念，經(jīng)過(guò)算法處理、信號(hào)分析，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識(shí)別的指令，并支配氣動(dòng)手、機(jī)械臂、輪椅等外部器械，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)聯(lián)合。

大腦意念產(chǎn)生腦電波支配肢體就有了相應(yīng)的動(dòng)作，就像指揮部發(fā)出信號(hào)指揮士兵。患者神經(jīng)系統(tǒng)受損會(huì)造成指揮部和士兵之間的通信受阻，腦機(jī)接口就是幫助重新打通這個(gè)鏈路。

人的頭部從外向里看，依次是頭皮、顱骨、硬腦膜、大腦皮層等結(jié)構(gòu)，腦機(jī)接口裝置的放置位點(diǎn)不僅影響著信號(hào)的采集，也影響著受試者的安全，各家公司對(duì)此有各自的研發(fā)理念和考量。

從目前實(shí)踐來(lái)看，一種是無(wú)創(chuàng)的非侵入式，就是將腦機(jī)接口裝置放在頭皮上，其優(yōu)點(diǎn)是安全性高，但是信號(hào)采集的敏感性較弱。另一種是侵入式，將腦機(jī)接口裝置插至大腦皮層，創(chuàng)傷大、風(fēng)險(xiǎn)高，利用這種方式的患者往往需要長(zhǎng)期在醫(yī)院進(jìn)行訓(xùn)練，很難回歸家庭。還有一種是我們正在探索的介于上述兩者之間的位置，這種腦機(jī)接口裝置包括采集腦電信號(hào)的電極、運(yùn)算處理的體內(nèi)機(jī)(芯片)和供電的體外機(jī)。將體內(nèi)機(jī)埋在顱骨內(nèi)，電極覆蓋在硬腦膜外，在保證顱內(nèi)信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，不破壞神經(jīng)組織。

Q

從概念提出至今，這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)歷了哪些階段?

北京學(xué)者趙國(guó)光教授

要談腦機(jī)接口，就繞不開人工智能。大約70年前，人工智能之父阿蘭·麥席森·圖靈提出了一種被稱作圖靈試驗(yàn)的方法，意在測(cè)試機(jī)器是否具備人類智能。后來(lái)，越來(lái)越多的行業(yè)、領(lǐng)域開始探索人工智能的可能性。

人工智能可以分析大量的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，幫助人們更好地理解大腦的區(qū)域分布和工作原理。這為腦機(jī)接口的發(fā)展提供了條件。

我們團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)兩三年時(shí)間的努力，在去年10月共同完成了無(wú)線微創(chuàng)植入腦機(jī)接口NEO(Neural Electronic Opportunity)首例臨床植入試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的居家康復(fù)訓(xùn)練，一名四肢截癱的受試患者目前可以通過(guò)腦電活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套，實(shí)現(xiàn)自主喝水等腦控功能。不僅如此，我們發(fā)現(xiàn)患者手指也有了更強(qiáng)的觸覺。

關(guān)于腦機(jī)接口的探索才剛剛起步，目前都是一些個(gè)案。我們希望能開展多中心、前瞻性、隨機(jī)對(duì)照的研究，對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期的治療和觀察，未來(lái)能夠形成一些新的診療方案，促進(jìn)腦科學(xué)的發(fā)展。這個(gè)過(guò)程可能會(huì)涉及腦機(jī)接口裝置的測(cè)試、受試患者的選擇、臨床醫(yī)生對(duì)適應(yīng)證的把握，植入裝置以后還需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)采集、分析、管理、康復(fù)訓(xùn)練。這是一個(gè)系統(tǒng)工程，還有更多環(huán)節(jié)需要細(xì)細(xì)打磨。

Q

近段時(shí)間，我國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域頻頻有好消息傳出。目前，我國(guó)在腦機(jī)接口的相關(guān)科研、成果轉(zhuǎn)化等方面的進(jìn)展如何？

北京學(xué)者趙國(guó)光教授

腦機(jī)接口技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科聯(lián)合和交叉的領(lǐng)域，需要計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料學(xué)、智能算法、醫(yī)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，我國(guó)在這方面有積極應(yīng)對(duì)和相應(yīng)的頂層設(shè)計(jì)。如果要看整個(gè)國(guó)家的發(fā)展位置，我認(rèn)為我國(guó)處在腦機(jī)接口研發(fā)的第一集團(tuán)。無(wú)論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，還是應(yīng)用與臨床場(chǎng)景的開發(fā)，我們都走在了前面。

Q

腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展依賴于醫(yī)工融合，但對(duì)于很多醫(yī)務(wù)工作者來(lái)說(shuō)，醫(yī)工融合是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。在您看來(lái)，醫(yī)工融合團(tuán)隊(duì)該如何組建，怎樣發(fā)揮更好的效果？

北京學(xué)者趙國(guó)光教授

醫(yī)工融合是一個(gè)體系問(wèn)題，要依托于新醫(yī)科的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)專業(yè)之外融入其他學(xué)科。比如，神經(jīng)科學(xué)就包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算神經(jīng)科學(xué)、電生理等方面知識(shí)，磁共振成像也需要通過(guò)結(jié)合物理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)疾病診斷。這些都需要醫(yī)工融合團(tuán)隊(duì)共同完成。對(duì)于腦機(jī)接口技術(shù)來(lái)說(shuō)，更是如此。

一般來(lái)說(shuō)，做基礎(chǔ)研究的科研人員往往不了解臨床需求，臨床醫(yī)生雖有想法，但很難獨(dú)自設(shè)計(jì)制造具體的器械設(shè)備，所以需要不同學(xué)科的人員形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)。但團(tuán)隊(duì)組建起來(lái)并沒有那么容易，在我看來(lái)，聚在一起是團(tuán)伙，心在一起才是團(tuán)隊(duì)。

Q

聽了您的講述，我對(duì)腦機(jī)接口充滿了期待。請(qǐng)您透露一下，腦機(jī)接口未來(lái)還會(huì)造福于哪些患者？

北京學(xué)者趙國(guó)光教授

腦機(jī)接口能解決什么問(wèn)題，依然是個(gè)臨床問(wèn)題，也是個(gè)科學(xué)問(wèn)題。一個(gè)好的想法，一套好的裝置，要結(jié)合到一個(gè)恰當(dāng)?shù)倪m應(yīng)證的治療當(dāng)中，才能發(fā)揮更多作用。

由于腦機(jī)接口技術(shù)需要采集腦電信號(hào)，因此我們關(guān)注更多的是大腦的基本功能在缺失受損以后是否能通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行改善。最常見的大腦疾病引起的損傷包括運(yùn)動(dòng)功能障礙、語(yǔ)言功能障礙、情感障礙。具體就疾病來(lái)說(shuō)，比如引起偏癱的腦卒中、導(dǎo)致語(yǔ)言功能喪失的腦血管疾病、脊髓損傷，以及漸凍癥、抑郁癥等疾病都是臨床面臨的巨大挑戰(zhàn)，目前還沒有方法治愈。腦機(jī)接口應(yīng)該在這些方面進(jìn)行積極探索。

然而，人們也不能將腦機(jī)接口看作靈丹妙藥，認(rèn)為它能解決所有問(wèn)題。因?yàn)槟軌蛴涗浀降纳窠?jīng)元的放電信號(hào)是有限的，目前技術(shù)還不能將腦電信號(hào)完全解碼，還有很長(zhǎng)的路要走。讓我們興奮的是，現(xiàn)在又多了一種新方法，讓所有相關(guān)學(xué)科的專家能夠圍繞相同目標(biāo)組成團(tuán)隊(duì)，共同攻克那些目前還不能治愈的疾病。