脑机接口解码“脑宇宙”

  在电影《阿凡达》中，主角能够最终靠脑机接口技术，用意念操纵自己在另一个星球上的化身，展开一场跨星球的对话与探险。如今，电影正照进现实，脑机接口技术正逐步走向商业化应用。

  “把比头发丝还薄的高密度柔性电极阵列植入大脑表面，通过贴附在脑皮层表面就能获得高精度的神经信号，解决了因刺入电极的脑损伤导致植入靶点只有一次寿命的植入式脑机接口技术难题。”日前，脑机智能融合技术联合实验室（以下简称“联合实验室”）主任、中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、深圳微灵医疗科技有限公司创始人李骁健在接受记者正常采访时如此介绍联合实验室的最新成果。目前，李骁健团队已掌握全植入式脑机接口全链条自主技术，实现把脑机接口设备微器件化。

  去年11月9日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”），携手微灵医疗正式成立脑机智能融合技术联合实验室。实验室将围绕脑机接口前沿技术领域展开产品研究开发、技术平台及人才教育培训等方面的合作。

  深圳微灵医疗科技有限公司联合创始人、总经理邓春山和记者说，目前联合实验室的全植入式脑机接口微系统技术尚未走向临床应用，进入临床实验还需要约2年时间。整体上，从研发到临床应用预计需要5至7年时间。“我们对脑疾病本身的了解程度，决定了脑机接口在临床上应用的潜力。”邓春山说。

  今年2月21日，脑机接口公司Neuralink创始人马斯克宣布“首个植入Neuralink大脑芯片的人类已经完全康复。”这一天，李骁健在朋友圈发文：“医疗级脑机接口慢慢的开始‘卷’起来了。”

  早在20多年前，李骁健就已经“卷”在脑科学的赛道上，为脑机接口研发技术奠定了基础。2003年，在中国科学院生物物理所攻读研究生学位时的李骁健，开始了系统神经科学相关研究。

  2019年，李骁健牵头成立了微灵医疗，瞄准医疗级全植入式无线脑机接口全栈技术研发。

  “全植入式脑机接口从科研走向产业的路上，需要很强大的核心技术探讨研究和技术创新支持。希望有机会能够通过联合实验室的组建，密切学术和科研方面的合作，推动深圳先进院和微灵医疗在脑机接口领域的科学研究、科研成果产出等方面的发展。”李骁健如此表示。据悉，通过联合实验室，双方将充分的发挥各自优势，共享各自资源，在科学技术研发过程中实现产研合作，实现脑机接口技术和产业化的飞跃。

  目前，脑机接口领域的技术路径大致上可以分为侵入性和非侵入性，判断的依据在于是否将电极通过手术植入到大脑皮层。谈及为何选择植入式即侵入性脑机接口，李骁健表示，从公司层面考虑，全植入式脑机接口技术具有高性能优势也更具挑战性。从科研方面出发，李骁健认为，与穿戴式脑机接口相比，植入式脑机接口可以通过高精度的神经电极直接在大脑内部采集神经元活动，提供更清晰的信号，这对于实现精确的脑机交互至关重要。“这就好比说探索月球要登月，而不是拿着望远镜看月亮一样。”李骁健说。

  不过，植入式的脑机接口系统要在病人身上可持续工作更长时间，对总系统的安全性、稳定性、经济可及性等各方面的要求会更高。

  “别看植入大脑的装备小，其实它是一个复杂的‘巨系统’，里面含有太多的技术难点了。”微灵医疗科技有限公司联合创始人邓春山告诉记者。

  根据不同的脑机接口应用场景，传感器主要有三种常见的置放位置。第一种是把传感器放在头皮上，第二种方式是把传感器贴敷在大脑皮层，第三种是“刺入式”接触大脑神经。

  一般来说，传感器越靠近脑神经元，采集到的信号越好。但在医疗应用场景中，追求高清面前，脑机接口更强调安全性。

  “由于硬质电极植入大脑皮层组织，就像把针板扎进豆腐中，到时候如果要从脑组织中‘抠’出电极，会造成脑损伤，导致植入靶点只有一次寿命。因此，我们最终选择的方式是把电极做成薄膜的形状，厚度仅有10微米左右，贴敷在大脑皮层，这样做既不会距离脑神经太远导致信号清晰度差，也不会‘刺入’脑内造成脑损伤。”李骁健说。

  随着技术成熟和应用场景扩展，脑机接口有望在慢慢的变多场景实现应用。今年1月30日，马斯克通过社会化媒体宣布，首位植入脑机接口芯片的人类恢复良好。“只需思考即可控制你的手机或计算机，并通过它们来控制几乎任何设备。”

  脑机接口正逐渐从实验室走向产业化。根据测算，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模2030年有望达到400亿美元，到2040年预计突破1450亿美元。

  不过，距离商业化落地尚有一段距离。邓春山表示，目前联合实验室研发的全植入式脑机接口微系统进入临床还需要较长的一个周期，以确保真正临床实验的安全性和可能性。“我们估计最快还有两年左右时间能进入临床。”

  谈及未来的应用场景，邓春山说，植入式脑机接口不但可以实现用意念控制电脑、手机、机械臂、轮椅等功能，也能够在一定程度上帮助失去语言能力的人通过人工合成语音输出进行交流，有可能实现高位截瘫病人的重新站立行走等功能。

  “现在我们对大脑了解比较深入的是运动和感觉的工作原理，把电极放在运动皮层，我们大家都知道怎样去解码它，初步第一个临床上的应用就是对于运动和感觉的功能修复和功能替代，可能未来3—5年左右可以在临床上得到应用和实施。”邓春山说。

  长期来看，邓春山表示，对于精神类疾病，比如精神分裂症、重度抑郁，还有一些认知类疾病等，目前还处在重要的临床靶点探索阶段。“我们应该知道把电极放在什么位置，如何对这些信号进行解码，这个在大多数情况下要5—10年甚至更长的时间去实现。我认为从科学原理上来讲，只要我们大家都知道精神疾病的靶点在哪里，就可以同时做诊疗一体的设备。”

  未来，联合实验室将围绕着重大神经系统疾病的临床需求，以及神经系统活动的“读”与“写”技术，持续提升脑机接口的性能与临床服务能力，计划将脑机接口技术的临床应用拓展到精神疾病领域，对睡眠、学习与记忆、认知疾病等进行精准诊断与治疗。

  ●根据测算，全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模2030年有望达到400亿美元，到2040年预计突破1450亿美元

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