我国侵入式脑机接口研究，达到国际领先

脑机接口通过记录和解读大脑信号，实现大脑和计算机之间直接通信。一方面可以帮助人类恢复脑健康状态；另一方面有望实现人机融合智能，直接拓展人脑信息处理能力。

近日，马斯克的脑机接口公司Neuralink宣布，他们已启动一项新的可行性试验，旨在通过脑机接口技术让瘫痪患者控制机械臂。此前，共有两位参与者植入了该公司的脑机接口设备（分别在1月和8月），患者通过脑机接口系统可进行意念控制鼠标光标，浏览互联网、看直播、在社交媒体上发帖，以及和朋友一起玩在线电脑游戏，甚至操作CAD软件。

国内的脑机接口手术研究方面，近来同样成果显著，根据其研发代表团队所归属区域，可以分为浙大系、清华系和华科系。

浙江大学——国内首例植入式脑机接口临床转化研究

早在2012年，浙大团队就在猴子脑中植入微电极阵列，运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子能通过自身“意念”直接控制外部机械手臂。

2014年，浙大团队在人脑内植入皮层脑电微电极，实现“意念”控制机械手完成高难度的“石头、剪刀、布”手指运动，创造了当时的国内第一。

2020年1月16日，浙江大学对外宣布“双脑计划”重要科研成果，该校求是高等研究院“脑机接口”团队与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作完成国内第一例植入式脑机接口临床研究，患者可以完全利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间的运动，同时首次证明高龄患者利用植入式脑机接口进行复杂而有效的运动控制是可行的。

患者当年72岁，手术两年前因为车祸造成第四颈髓层面损伤，四肢完全瘫痪。经过系统训练，不仅可以握手，还能拿饮料、吃油条、玩麻将，只不过这些动作不是用他自己的手来做的。

今年4月23日，该团队又发布首次实现汉字书写脑机接口，成功实现侵入式脑机接口控制机械臂书写汉字。

团队突破了汉字书写的特殊编码机制，在此基础上发展了汉字书写轨迹解码新技术，通过动态解码模型，可以实时捕捉志愿者的脑神经活动，解析志愿者（2020年脑机接口手术植入系统者）想象的书写轨迹，再通过控制机械臂进行书写。离线状态下100个常用汉字的分类正确率达到了91.3%，在语言模型辅助下，正确率可提高至96.2%。

2014年的临床应用是在患者大脑皮层表面“盖”上一块电极片（皮层脑电电极），电极本身并未插入大脑皮层内部，属于开颅但不插入皮层的半入式操作，不能检测到单个神经元的放电。而2020年是把微电极阵列直接插入大脑运动皮层里面，是植入式操作，可以检测单个神经元细胞放电情况，获取的信号更直接、稳定和丰富。

2012年的研究同样属于植入式，但从猴子大脑到人类大脑，对所研究信号的解码、编码、运算方式及效率等都提出了挑战。首先，前者可以通过实际移动手臂获得脑信号，而瘫痪病人完全是想象运动，没有准确的运动信息用于构建解码器，信号质量较前者也不稳定；再有，人的大脑活动受环境影响更大，计算机处理这些信号的复杂性也会大大增加。

清华大学—— 首例无线微创植入脑机接口手术

今年1月30日，清华大学官网发布“由医学院洪波教授团队设计研发的无线微创植入脑机接口NEO于2023年10月24日成功进行首例临床植入实验。”手术北京宣武医院进行，院长赵国光、主任医师单永治团队主持并施行了植入手术。

患者手术后的第10天就出院回家了。回到家后，脑机接口设备工作正常。经过大概一个多月的训练，他的右手在气动机械手套的帮助下，抓握起了矿泉水瓶。当然，抓握的指令信号来自大脑皮层——它们本应在体内通过神经元的接力传导给手指，但现在，信号经过采集、传输、解码，最终控制了气动机械手套。

在三个月的居家脑机接口康复训练后，可通过脑电活动驱动气动手套，实现自主喝水等脑控功能， 抓握解码准确率超过90%。

第二例患者更加年轻，30多岁，也是因车祸引起的脊髓损伤，于2023年12月19日由天坛医院主任医师贾旺团队成功植入。这位年轻患者的自身情况相对严重，肘部不能动，不能驱动机械手，但他可以驱动屏幕光标，用屏幕上的红球撞击蓝球。

团队从2013年开始做相关的研发设计，患者头上的脑机接口设备由3部分组成：电极、体内机和体外机。其体内机整合了神经传感、信号处理、无线通信和无线供电的芯片，被埋在患者颅骨内；电极覆盖在硬膜外（硬膜位于颅骨和大脑皮层之间，起到保护神经组织作用）。

研究团队先用磁共振技术定位患者的运动感知皮层，这里就是开颅放电极的位置，开颅手术仅打开颅骨、不破坏硬脑膜。之后，采集信号的电极覆盖在位于颅骨和大脑皮层之间的硬脑膜外，负责处理脑信号和通信的体内机则埋入厚度约6~10毫米的颅骨内，可吸附于头皮的体外机则一边接收、传输脑电信号，一边隔着头皮给体内机供电。

这样做是希望能够在脑机接口信号性能和病患创伤之间取得一个平衡，在大幅降低神经损伤的前提下，获得更高的通信带宽，让患者最大限度受益。

该系统采用了近场无线供电和通信技术。为了尽可能实现微创，整个系统和集成了300多个零部件的体内机，仅有两个1元硬币大小，解决了非常复杂的工程问题。如今，NEO在首例植入患者的颅骨下、脑硬膜外，已实现了在体12个月安全有效工作。

就在上个月（11月），洪波教授团队又在复旦大学附属华山医院完成了全国第三例、上海第一例临床试验植入手术。

NEO的研发和型式检验在上海完成，今年8月成为我国首款进入创新医疗器械特别审查程序的脑机接口产品。此次手术是这款产品进入特别审查程序后的首例人体植入手术。目前，接受手术的患者恢复情况良好，术后第三天已能下床坐轮椅。

华中科技大学-首个全国产高通道脑机接口临床测试

11月15日，在华中科技大学同济医学院附属协和医院，医生将类似SIM卡大小的脑机接口芯片，成功植入一名脑肿瘤患者体内并完成测试，精准捕捉了患者神经元活动产生的各类电生理信号，可为临床医生洞察脑肿瘤的进展程度、侵袭范围等提供量化依据，在推动神经肿瘤学研究方面具有重要价值。这也是首个全国产高通道脑机接口临床测试。

该团队研发的脑机接口最大通道数达65536个，是Neuralink公司的20倍，达到国际领先水平。

这款脑机接口不仅能读取大脑神经电信号，还能通过电流刺激等方式向大脑发送信号，变“单向读取”为“双向读取”。目前已经在脊髓损伤、脑卒中、帕金森、癫痫、抑郁症等动物模型上对产品的有效性、安全性进行了验证。

2023年8月，该公司独立自主研发的“植入式脑机接口系统”，已通过了由中国科学院院士赵继宗等11位顶尖科学家组成专家组的科技成果评价。目前，衷华脑机已申请国内外相关专利200余项。

迄今，全球至少已有45人植入了脑机接口设备，世界各地至少有45项脑机接口实验正在进行中。脑机接口与神经接口联动，正在让许多过去无法实现的应用成为可能。