高位截癱患者（左）通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的腦機接口系統(tǒng)意念控制輪椅

因頸髓損傷而高位截癱的中年人，僅憑意念，即可自如地操控智能輪椅在小區(qū)遛彎，指揮機器狗作為“身體延伸”取回外賣……

這便是近日中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心趙鄭拓、李雪團隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院及相關(guān)企業(yè)，開展的第二、三例侵入式腦機接口臨床試驗的成果。

“裝了腦機之后，每天都會有些不一樣。”第二例臨床患者感嘆。甚至，科研團隊還為他找了份工作，他開始參與線上數(shù)據(jù)標注工作，不僅有了收入，更讓自我價值得到了一定體現(xiàn)。

“今年，腦機接口迎來了爆發(fā)式增長，也受到了社會的廣泛關(guān)注。可以預(yù)見，未來幾年內(nèi)，腦機接口和人工智能仍將是科技競爭的重點領(lǐng)域。在這兩個領(lǐng)域里，中美的競爭是直面的。我們的發(fā)展方向和美國不太一樣，我們特別重視社會需求和應(yīng)用場景，而且是一種開源的模式。”腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任、中國科學(xué)院院士蒲慕明表示，“我們對自己接下來的要求是，患者能實現(xiàn)精細控制。下一次展示，或許就是患者能用機械手彈《茉莉花》了。”

高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機接口系統(tǒng)意念控制機器狗

患者控制體驗極其流暢，意念與動作幾乎同步

第二例臨床患者張哥的故事，始于一次不幸的摔倒：2022年，患者因脊髓損傷導(dǎo)致高位截癱，經(jīng)過一年多的康復(fù)，情況沒多大改善，僅剩頭頸部可以活動；今年6月，他植入了腦智卓越中心和合作企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的腦機接口系統(tǒng)。

幾周后，變化發(fā)生了！

最初，他經(jīng)過兩三周的訓(xùn)練，實現(xiàn)了對電腦光標、平板電腦等電子設(shè)備的控制。科研團隊捕捉到了他更深層的渴望：不僅僅是控制虛擬世界，更是要重新“觸摸”和影響真實的物理世界！

為此，技術(shù)團隊將應(yīng)用場景從二維的電子屏幕，拓展至三維的物理外設(shè)。智能輪椅和機器狗成為了新的控制對象。這不僅需要解碼“向左”“向右”的簡單意圖，更需實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、低延遲的精準控制，以應(yīng)對真實環(huán)境中復(fù)雜的路面狀況和交互任務(wù)。

“我們開發(fā)了高壓縮比、高保真的神經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并創(chuàng)新性地融合了多種數(shù)據(jù)壓縮方式。這套混合解碼模型，即便在神經(jīng)信號相對嘈雜的環(huán)境中，也能高效提取有效信息，將腦控性能整體提升了15%—20%。”腦智卓越中心研究員趙鄭拓介紹。

不難想象，家庭、社區(qū)等真實環(huán)境充滿聲、光、電磁等各類噪聲，患者自身的生理、心理狀態(tài)也會波動。為此，團隊引入了“神經(jīng)流形對齊技術(shù)”，其核心是從高維、多變的神經(jīng)信號中，提取出代表核心意圖的、穩(wěn)定的低維特征，確保了解碼器輸入端的魯棒性。

“速度”也是至關(guān)重要的一項指標。記者了解到，人體自然神經(jīng)環(huán)路的傳導(dǎo)延遲在200毫秒左右。團隊通過自定義通信協(xié)議，將腦機接口系統(tǒng)從信號采集到指令下發(fā)至外設(shè)的端到端延遲，壓縮到了100毫秒以內(nèi)，甚至低于人體自身的生理延遲。這使得患者的控制體驗極其流暢自然，意念與動作幾乎同步。

“就像控制游戲里的人物，不用特意去想搖桿要往哪個方向擺，自然而然想往哪個方向就過去了。信號傳輸比較穩(wěn)，也沒有太多延時。”張哥如是說。

已進入“創(chuàng)新綠色通道” 未來手術(shù)像“打耳釘”

新民晚報記者了解到，趙鄭拓、李雪團隊開發(fā)的侵入式腦機接口系統(tǒng)，已進入國家藥監(jiān)局創(chuàng)新醫(yī)療器械審評的“創(chuàng)新綠色通道”。

攝影：陶磊

“最核心的元器件是我們積累了近十年的超柔性電極，電極絲厚度僅有發(fā)絲的1%，寬度與頭發(fā)絲相似。電極彎曲時產(chǎn)生的作用力，與兩個細胞間的互相作用力差不多。”趙鄭拓介紹。

植入過程，是將顱骨局部打薄5毫米左右，形成一個骨槽，把硬幣大小的植入體嵌入顱骨；而后通過顱骨上的小孔，將電極絲微創(chuàng)植入到大腦皮層下約5—8毫米的深度。

“我們期待，未來植入手術(shù)會變得像‘打耳釘’一樣簡單、微創(chuàng)。”他補充道。

趙鄭拓透露，第三例受試者同樣是位高位截癱病人，今年10月接受手術(shù)。不到兩個月時間，已能控制機械臂幫助自己喝水。

在長期觀察中，團隊還發(fā)現(xiàn)了一個有趣的神經(jīng)機制：隨著患者對腦控外設(shè)的熟練，完成任務(wù)所激活的神經(jīng)元群體，會從初期“大兵團作戰(zhàn)”逐漸演變?yōu)椤熬J小隊出擊”。神經(jīng)元數(shù)量減少，但單個神經(jīng)元的調(diào)控效率和貢獻度提升，認知負擔大幅降低——這從神經(jīng)科學(xué)層面解釋了為何患者最終能達到“隨心所動”，將外設(shè)內(nèi)化為“身體一部分”的境界。

趙鄭拓用一個生動的比喻描述：“就像學(xué)外語，從需要腦中‘過渡一下’到能直接脫口而出。”

關(guān)注真實生活具體問題 想幫患者恢復(fù)生活能力

在腦機接口領(lǐng)域，存在著“技術(shù)展示”與“真實應(yīng)用”的潛在張力。一些演示可能追求視覺震撼，但腦智卓越中心研究李雪表示，他們的原動力就是解決患者真實生活中的具體問題。

趙鄭拓研究員與第二例侵入式腦機接口臨床患者

“我們聽到很多患者需求，就是希望能在腦機接口系統(tǒng)的幫助下，實現(xiàn)自己可以幫自己換導(dǎo)尿管。”趙鄭拓說。

兩位年輕的科學(xué)家告訴記者，選擇研發(fā)腦機接口技術(shù)，是“看到了它有消費級的應(yīng)用場景”，而之所以先“走”醫(yī)療，也是因為這是“必經(jīng)之路”——既能滿足很多人的實際需求，又能推動不斷打磨各項技術(shù)。

“比方說，對于智能機器人、多個自由度的機械臂等復(fù)雜外設(shè)，是否可以通過大腦神經(jīng)活動編碼的復(fù)雜信息，操控多自由度的機械臂，最終可以像自己身體的一部分那樣靈活。”李雪說。

高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機接口系統(tǒng)參與線上數(shù)據(jù)標注工作

值得一提的是，在應(yīng)用探索中，趙鄭拓及李雪敏銳地抓住了“再就業(yè)”這一更深層次的社會需求，與地方殘聯(lián)的“科技助殘”項目合作，讓第二例受試者參與線上數(shù)據(jù)標注工作。“我現(xiàn)在是一位實習(xí)分揀員，每天都要對著電腦腦控光標，練習(xí)商品分揀，有點難。但對我來說是寶貴的機會，錢不多，攢起來給兒子讀大學(xué)。”

在李雪看來，對于一位高位截癱者而言，能夠通過勞動獲得報酬，意味著他不再僅僅是被家庭和社會單向照料的對象，而重新成為了社會價值的創(chuàng)造者，“三年前在開發(fā)第一代原型機時，團隊就開始構(gòu)思如何幫助患者恢復(fù)工作能力。”

趙鄭拓發(fā)給記者一份“臨床試驗患者招募”公告，顯示正在招募因高位頸髓損傷、腦干中風(fēng)、漸凍癥等導(dǎo)致四肢癱瘓，或雙上肢截肢患者。“我們已經(jīng)收集到了七八百人的申請，會經(jīng)過非常嚴格和謹慎的篩選，挑選臨床試驗患者。”趙鄭拓表示。

生活場景應(yīng)用新突破：高位截癱患者通過腦電信號，穩(wěn)定操控智能輪椅與機器狗！

原標題：《高位截癱患者因腦機接口“再就業(yè)”：錢不多，攢起來給兒子讀大學(xué)》

欄目編輯：馬丹

本文作者：新民晚報 郜陽

除署名外，均源自采訪對象