北京天壇醫院 趙繼宗

自人類文明誕生以來，信息交流方式的變革始終是推動文明進步的引擎。而腦機接口的出現，則標志著信息交互進入了一個嶄新的紀元——大腦與數字世界的直接融合。在腦機接口中，有兩個廣泛的概念：BCI（brain-computer interface）和BMI（brain machine interface），二者均旨在建立大腦與外部設備之間的直接通信通道，繞開傳統神經肌肉路徑。前者側重與計算機系統的深度融合（雙向交互），而后者側重機械控制，強調功能替代。為保持術語一致性，本文以“BCI”指代腦機接口技術。

BCI的興起不僅關乎醫學和技術的突破，同樣關系到國家的科技競爭力、經濟發展以及社會安全。BCI的長遠影響，不僅限于推動醫學進步，還將在社會結構、經濟模式、國家安全等方面產生深遠的變革。

腦機接口重塑未來醫療與人機交互

BCI是一種通過讀取大腦的活動，并將這些活動轉化為外部設備控制信號的技術。其通過信號采集處理、輸出3個主要模塊，使得大腦能夠與計算機或其他電子設備直接進行信息交流與互動。BCI不僅可用于神經康復、智能增強，還能夠治療多種神經系統疾病，將成為未來醫學領域的核心技術之一。

根據技術的侵入性，BCI可分為如下三類。

非侵入式BCI：通過不接觸大腦皮層的方式采集大腦信號，如EEG、功能磁共振或近紅外光譜等，風險較低，但信號精度較差，適用于智能設備控制和腦波訓練等領域；

半侵入式BCI：通過在電極植入硬腦膜外獲取神經信號，雖然風險較低，但仍需手術，設備的長期穩定性和耐用性存在挑戰；

侵入式BCI：則通過外科手術將電極直接植入大腦皮層或深部腦結構，提供高質量信號，適用于精確神經調控，但伴隨手術風險、設備壽命和免疫排斥等問題。

國產自主研發的第一例腦機接口的成功植入（左二為趙繼宗教授）

目前，BCI的前沿產品主要涵蓋Neuralink的硬幣芯片，Neuralink的BCI增強型耳機，Precision Neuroscience的電極封裝膜，Synchron血管內植入支架，Inbrain Neuroelectronics的石墨烯芯片，Blackrock Neurotech的Mesh Lace數據采集陣列等幾種類型。

腦機接口前沿產品展示

腦機接口可用于多種神經系統疾病的治療

BCI技術不僅改變了大腦與外部世界的互動方式，更為神經外科領域帶來了革命性的變革：其既是一種突破性的治療手段，又為手術技術、診斷體系和康復方式的革新提供了新視角，極大地拓寬了醫學治療的邊界。

腦機接口輔助神經功能重建。隨著BCI技術的發展，神經功能重建迎來了革命性變革。BCI通過實時解碼大腦神經活動信號，并將其轉化為可執行指令，實現對外部設備的控制，為神經修復開辟了新路徑。瑞士洛桑聯邦理工學院的研究采用BCI植入裝置采集大腦運動指令，并將其轉化為脊髓電刺激信號，繞過損傷區域，恢復運動功能，不僅恢復了大腦指令的傳遞能力，還促進了神經重塑與功能恢復，提供了大腦與肢體的有效連接。對于腦卒中患者，BCI技術通過精準捕捉大腦運動信號，結合功能性電刺激，能夠實時調整電刺激頻率與強度，從而實現個性化的康復治療。

腦機接口可對癲癇、帕金森病等進行精準干預。神經調控技術通過向大腦特定區域植入電極進行電刺激，已在帕金森病治療中取得顯著成效。在癲癇治療中，BCI與迷走神經刺激術結合的閉環系統可精確捕捉腦電信號，識別癲癇前兆并自動調整刺激參數，防止癲癇發作。2021年，浙江大學醫學院附屬第二醫院成功植入了中國自主研發的首個閉環神經刺激器，用于控制癲癇。該系統通過植入式電極實時采集腦電信號，利用算法檢測癲癇發作前的異常放電模式，并在發作前或發作初期提供精準電刺激，有效抑制癲癇發作，實現了BCI干預下的閉環神經刺激。BCI技術還為醫生提供了更豐富的患者數據，幫助其作出更科學的治療決策。

此外， BCI 技術，尤其是腦神經調控與增強的結合，為阿爾茨海默病等神經退行性疾病治療帶來了全新希望。BCI 通過閉環系統精準調節大腦特定區域的神經活動，能夠實時監測腦電波，根據大腦信號變化進行干預，不僅能延緩病情進程，還能恢復部分記憶功能。例如，通過刺激海馬體區域，增強神經元之間的連接，促進記憶痕跡的穩定存儲，從而減緩認知衰退。盡管BCI在AD治療中的前景廣闊，但仍面臨挑戰。首先，如何精確定位和調節受損記憶區域，仍是技術發展的難題。其次，個體化治療需克服患者腦部差異，確保優化治療方案。

腦機接口技術仍面臨信號采集精度、倫理問題等挑戰

BCI技術在醫療和康復領域的潛力已逐漸顯現，但在實際應用中仍面臨一系列挑戰，如信號采集的精確度與穩定性、技術的倫理與隱私問題等。需要進一步的技術突破、政策支持和管理審查，才能推動BCI技術在神經系統疾病治療中的廣泛應用。

信號采集是BCI系統的核心，直接影響系統性能和治療效果。非侵入式BCI由于頭皮和頭骨的阻礙，信號精度有限；相比之下，侵入式BCI可提供更高精度的信號，但面臨手術風險、感染及設備老化等問題。因此，如何平衡非侵入式與侵入式BCI的優缺點，仍是提升系統性能面臨的巨大挑戰。

BCI技術可能深入到大腦的內在活動，涉及思想、情感和記憶等敏感信息，觸及“思想隱私”問題。如何保護個人隱私、確保數據的安全和合法使用，是BCI面臨的重要挑戰。

BCI技術研發和應用的成本較高，限制了其在醫療和康復領域的普及。為使BCI技術惠及更多患者，降低成本至關重要。除研發更低成本的設備外，還需要通過政府資助、標準化生產等途徑，推動BCI的普及。

此外，加強臨床驗證，建立統一的BCI技術標準和操作流程，是推動BCI廣泛應用的前提。

（原文刊登于《協和醫學雜志》3月刊）

腦機接口：拓展人腦疆界的革命性技術與神經外科學的未來

來源: 協和醫學雜志