引言
什么是「腦機接口」？ 因何成為醫療行業關注焦點？ 從研發到落地有多遠的路要走？前言
被全球腦科學家關注的腦機接口技術，正逐漸成為全球領域的新風口。什么是腦機接口？腦機接口因何成為醫療行業關注焦點？從研發到落地還有多遠的路要走？其中有何難點？作為新興而神秘的賽道，各國探尋的腳步從未停歇。
●2019年，科技狂人埃隆·馬斯克創辦的Neuralink布局腦機接口的研發和動物實驗，2022年，美國FDA以安全性為由拒絕馬斯克的Neuralink腦機接口人體試驗申請。
●2022年7月，作為Neuralink公司的競爭者，Synchron完成美國首例在患者體內植入腦機設備的手術，將一個1.5英寸的裝置植入肌萎縮性嵴髓側索硬化癥患者的大腦。
●2022年9月，世界人工智能大會上，腦虎科技對外發布“腦機接口集成式顱頂半植入醫用級BCI產品”，系國內腦機接口(BCI)領域首個半侵入式設備。
●2023年5月，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗在北京獲得成功，試驗在猴腦內實現介入式腦機接口腦控機械臂。
火到出圈的神秘賽道
近年來世界多國相繼提出人類腦計劃，搶占全球科技競爭戰略高地，我國“十三五”“十四五”中也將“腦科學與類腦研究”列為規劃重大科技創新項目和工程之一，但我國腦機接口起步相較于以美國為首的西方國家更晚。
腦機接口（Brain-Computer Interface,BCI），是一種在腦與外部設備之間建立通信和控制通道，用腦的生物電信號直接操控外部設備，或以外部刺激調控腦的活動，從而增強、改善和延伸大腦功能的技術。主要分為三種——侵入式、非侵入式、介入式，其主要包含信號采集、信號處理、信號執行、神經反饋四個功能模塊。
△侵入式通常需行開顱手術，將電極植入大腦皮層采集腦電信號，易引起人體排異反應、技術難度大、技術壁壘較高，但采集信號質量高。
△非侵入式只需在頭皮穿戴信號采集設備，對人體傷害較小，技術難度較低，但弊端是很難實現腦電信號的持續、穩定及精準捕捉。
△介入式作為完全侵入式和非侵入式之間的折中選擇，是通過微創介入方式，將血管穿刺小口，通過類似心臟支架的微創手術實現腦機連接。
目前布局非侵入式技術企業較多，2020年非侵入式腦機接口占腦機接口市場規模的86%。而鑒于侵入和非侵入各有弊端，微創介入式的腦機接口技術有望為后續技術發展帶來更多可能。
2023年5月5日，全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口試驗（南開大學牽頭，與中國人民解放軍總醫院（301）、上海心瑋醫療聯合完成）就是通過介入手術將介入腦電傳感器貼附在猴腦血管壁上，無需開顱手術即可采集到顱內腦電信號，較于傳統侵入式和非侵入式腦機接口，介入式腦機接口創傷較侵入式更小，信號質量較非侵入式更高，兼顧了安全性與識別穩定性，此次試驗的成功是介入式BCI的里程碑事件。
介紹了腦機接口的種類，那么腦機接口能用于哪些醫療領域呢？
醫療領域仍是主戰場
腦機接口依然處在“蓄力期”，除了娛樂、教育等領域外，醫療健康領域是腦機接口最初、最直接和最主要的也是目前最接近商業化的應用領域，占當前腦機接口技術的市場規模比率達62%。腦機接口技術可將腦電信號轉換為控制指令，進而幫助運動功能障礙患者，與外部設備交互，提升生活質量，腦機接口具備監測、改善/恢復、替代和增強四大功能，除用于腦部疾病外，腦機接口還可治療抑郁癥、多動癥、自閉癥、癲癇等疾病，及疾病的康復治療，主要應用領域有：
1）精神疾病：抑郁癥、強迫癥、精神分裂
2）神經類疾病：癲癇、失眠、語言障礙、多動癥
3）肢體運動障礙：漸凍癥、重癥肌無力、腦卒中、癲癇、視障患者、聽覺缺陷人群等
4）慢性意識障礙：阿茲海默癥、漸凍癥、植物人、帕金森
創新企業紛紛布局
2015至2022上半年，國內腦機接口行業共37家企業獲得融資。國外的研發廠家以Neuralink、Synchron、BrainGate、Blackrock Neurotech、ClearPoint Neuro、NeuroPace等為主，國內布局的企業也日趨增多，以博睿康、腦虎科技、強腦科技、寧矩科技等為代表。由于腦機接口技術的發展路徑不相同，中國以非侵入式腦機接口企業為主，美國以侵入式腦機接口企業為主。
產品市場準入難點
侵入vs非侵入的選擇
精度與安全是腦機接口的兩難選擇，是腦機接口技術的核心挑戰。蛋殼研究院指出，侵入式BCI技術當前面臨電極在體工作壽命短、植入創傷大、信息采集帶寬不足三大技術困境，如何解決植入電極后信號衰減、最大限度避免芯片植入對大腦的損傷、采集到更多神經元信號，是侵入式BCI目前面臨的技術瓶頸。對于非侵入式BCI技術，設備輕便易于佩戴至關重要，無創腦機電極需兼顧電特性/舒適性/便捷性。
電極的發展方向
傳統用于信息獲取感知單元的剛性接口硬件信號不穩定、易引起腦組織炎癥反應，已經難以滿足需求。與之相比，柔性電極能緊密地與生物組織融合，從而快速交換神經信息、運動信息和環境信息等，是未來重點發展的技術方向（基于蠶絲蛋白、超軟水凝膠的柔性電極）。柔性電極依據安放位置可分為顱內電極和顱外電極，顱內電極可以分為侵入式和半侵入式電極；顱外電極可以分為干/半干/濕電極。
臨床適應癥的選擇
BCI產品適應癥的選擇是很多企業關注的問題，也是目前行業難點。從研發到臨床試驗，廠家可選擇國內外已進入臨床試驗的疾病領域，如阿爾茨海默病（AD）、癲癇、漸凍癥、抑郁癥等，便于后期注冊審評時有經驗可循，執行時可側重于有豐富經驗的三甲醫院，如承接過難治性抑郁癥臨床研究的上海瑞金醫院、擁有浙江大學腦機接口臨床轉化研究團隊的浙大二院、作為國家神經疾病醫學中心并較早啟動腦機接口研究的北京宣武醫院等。若是新興領域，在試驗前需充分調研該疾病在腦機接口治療的預后效果、實施難易程度、患病人群數量等因素。目前頭部廠家比較關注的適應癥還有脊髓損傷、腦干卒中、肌萎縮側索硬化（漸凍癥）等等。
研發技術挑戰
億歐研報指出，國內基礎科學相對落后，底層的技術仍是來自歐美，很多底層的算法仍然把握在歐美手中，腦電信號的有效采集技術待突破，由技術到環境的壁壘仍存在，包括非線性和非平穩性、工程技術難題、信號傳輸率、信號處理、訓練集、數據分析方法、績效評估指標、BCI系統的低ITR、專門為 BCI技術分配的實驗室。
跨學科型人才難尋
大腦機制過于復雜，生物學的研究僅占腦機接口技術的一部分，更多腦部未解之謎還需神經學科、醫學、計算機、電子信息科學等更多學科人才加入才能全面推進，全球知名學府相應開設腦機研究專業或項目為將來的發展提供人才儲備，目前中國缺失腦機領域的復合型人才，若想迎頭趕上則在該領域還需加大投入力度。
動物實驗倫理規范
動物實驗是腦機接口進入臨床前關鍵的一步，通過動物實驗可在一定程度上獲得安全性和有效性的數據。進行動物實驗需遵循倫理規范和動物保護法律法規，在保證實驗數據準確性的前提下，盡可能的減少動物使用數量及動物的疼痛最小化。目前針對腦機接口動物實驗的倫理規范尚未建立，因此需完善此方面的政策法規。
臨床試驗執行規范
腦機接口技術需要大規模的臨床試驗和更加嚴謹的規范來推動其順利落地應用，依據影響醫療器械風險程度的因素、風險程度高低兩類判斷標準，目前，腦機接口臨床試驗規范還需要更加完善和細化，例如腦機接口臨床準入細則、數據采集、處理、分析以及治療效果評估等等方面的指導，以確保在腦機接口產品的開發和推廣過程中不會出現安全隱患。《醫療器械分類目錄》規定腦機接口設備的分類監管要求如下：
美國食品藥品監督管理局（FDA）發布的《用于癱瘓或截肢患者的植入式腦機接口（BCI）設備的非臨床和臨床考慮因素—FDA工作人員指南》中也對植入式BCI醫療器械在申請臨床研究性器械豁免（IDE）或注冊上市的預提交階段提出了可借鑒的一般性建議，但我國藥監局尚未發布類似指南，許多專家呼吁建立腦機技術的標準和數據規范，以促進研究與行業有序發展。
結語
腦機接口作為當今科技領域的重要支柱，目前還處在探索階段，許多技術和倫理問題尚待解決，實現廣泛應用仍需克服包括技術研發、安全性、法規倫理以及成本可及性等在內的眾多挑戰，相信隨著腦研究的不斷深入，腦機接口有望帶來革命性的變革，未來腦機接口在醫療領域的應用前景值得期待。
