腦機(jī)接口開機(jī)后，患者呂先生成功拿起訓(xùn)練圓柱。 李偉博 攝
記者體驗(yàn)?zāi)X機(jī)接口設(shè)備。項(xiàng)馨雨 攝
□本報(bào)記者李曉敏實(shí)習(xí)生項(xiàng)馨雨閆夢嬌
“十五五”規(guī)劃建議中，“前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)”的表述引人注目。“腦機(jī)接口”被點(diǎn)名，意味著這項(xiàng)游走于科幻與實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，正邁向產(chǎn)業(yè)化的大門。
當(dāng)思想能直接驅(qū)動機(jī)械，當(dāng)癱瘓的肢體有望被“喚醒”，科技正讓“心想事成”從一句祝福，逐漸變成真實(shí)的可能。
當(dāng)聚光燈投向這項(xiàng)充滿未來感的科技時(shí)，我們更渴望知道：在河南，在現(xiàn)實(shí)的醫(yī)院病房與康復(fù)訓(xùn)練室里，腦機(jī)接口究竟是如何運(yùn)作的？它為那些被疾病禁錮的人生，帶來了怎樣真實(shí)而細(xì)微的改變？那些承載著意識與希望的微弱電信號，究竟是如何被科研人員捕捉、破譯，并最終搭建起連接大腦與外部世界的嶄新橋梁？
近日，記者走進(jìn)臨床一線與科研企業(yè)，觸摸這場靜默革命在中原的溫度。
當(dāng)他第一次握住了那顆葡萄
12月4日上午9點(diǎn)，平頂山葉縣龍泉鎮(zhèn)。47歲的呂先生在妻子的幫助下，從輪椅挪到臥室的桌前。一天中他最期待的時(shí)刻——腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練，即將開始。
兩年半前，一場意外墜落導(dǎo)致他脊髓受損，高位截癱。曾經(jīng)輕而易舉的抓握動作，成了遙不可及的奢望。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在今年。經(jīng)過嚴(yán)格篩選，呂先生成為河南省人民醫(yī)院一項(xiàng)前沿臨床試驗(yàn)的河南首位受試者。這項(xiàng)關(guān)于半植入式腦機(jī)接口的研究，目標(biāo)是為頸髓損傷導(dǎo)致運(yùn)動功能障礙的患者重建部分運(yùn)動能力。
7月18日，在省人民醫(yī)院手術(shù)室里，該院神經(jīng)外科主任王斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在呂先生的頭皮下、顱骨與硬腦膜之間的空隙，植入了兩枚約一元硬幣大小的電極。
“這就像在大腦指揮運(yùn)動的核心區(qū)域——感覺運(yùn)動皮層，悄悄地放置了一個高靈敏度的‘監(jiān)聽站’。”王斌解釋道。后續(xù)，采集到的神經(jīng)信號將通過外部處理器進(jìn)行解碼，然后繞過他受損的脊髓，驅(qū)動外骨骼帶動手部運(yùn)動。
一個多月后的開機(jī)測試結(jié)果，令人振奮：腦電信號穩(wěn)定，系統(tǒng)對運(yùn)動意圖的解碼正確率高達(dá)95%。
自那以后，每日的訓(xùn)練成了呂先生雷打不動的必修課。
12月4日這天，記者通過視頻連線，見證了他的訓(xùn)練過程。妻子幫他佩戴好外部處理器和傳感設(shè)備。他凝神靜氣，注視著桌上放置的彩色九宮格和一個木塊，深吸一口氣，開始了關(guān)鍵的“運(yùn)動想象”——在腦海中勾勒出“抓住那個方塊，移動到藍(lán)色格子”的完整過程。
幾秒鐘后，在腦機(jī)接口系統(tǒng)解碼驅(qū)動下的氣動手套開始輔助運(yùn)作，他的右手緩緩向前伸出，五指逐漸合攏，穩(wěn)穩(wěn)地抓起方塊，然后平移，準(zhǔn)確無誤地放入了指定的藍(lán)色格子。
“如果我不想，手就動不了。”呂先生說。訓(xùn)練持續(xù)三個多月，變化悄然發(fā)生。“感覺手臂有勁了。”最激動的時(shí)刻發(fā)生在上周，“以前葡萄總滑走，那天，我靠自己把它抓起來，吃到了。”視頻那頭，他笑容舒展，“那一刻，感覺身體里沉睡的一部分，突然醒了。”
同一天，在鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)院腦機(jī)治療室，35歲的腦出血患者劉先生戴著腦電頭環(huán)，全神貫注地盯著屏幕——一個虛擬人物正奮力蹬車。他通過集中注意力“想象”運(yùn)動，驅(qū)動自己的右腿進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
“設(shè)備采集前額葉注意力信號。”鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)院院長董安琴介紹，“他越專注，信號越強(qiáng)，設(shè)備輔助越匹配，形成積極反饋。”
另一套設(shè)備專注于手部精細(xì)動作重建。腦卒中患者郭先生戴上有32個電極的腦電帽，閉眼凝神“想象五指張開”，兩秒鐘后，左手佩戴的機(jī)械臂五指隨意念緩緩張開。
“就像腦子里有個開關(guān)，一想就能動。”他說。一個月來，從難以抓握到明顯改善，進(jìn)展清晰可見。
在這里，已有超過兩百名患者通過這類非侵入式設(shè)備，踏上“意念驅(qū)動”的康復(fù)之路。
破譯1.4公斤的神秘宇宙
腦機(jī)接口，這項(xiàng)聽上去極具未來感的技術(shù)，其核心原理究竟是什么？它如何將虛無縹緲的“意念”或“意圖”，轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的動作指令？
“人類的大腦，是一個重約1.4公斤的神秘宇宙。”王斌喜歡用比喻來闡釋復(fù)雜的科學(xué)，“里面居住著約860億個神經(jīng)元，它們每時(shí)每刻都在通過微弱的電脈沖進(jìn)行交流，形成無比復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，控制著我們的思想、情感和一切行動。其復(fù)雜與精密程度，遠(yuǎn)超任何現(xiàn)有的超級計(jì)算機(jī)。”
當(dāng)腦卒中、脊髓損傷等疾病切斷了大腦與身體外周的聯(lián)系，“指令”便無法順暢下達(dá)。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練，有時(shí)如同在不斷向一個信號中斷的服務(wù)器重復(fù)發(fā)送指令，效率存在瓶頸。而腦機(jī)接口的核心思路，則是嘗試?yán)@開“斷點(diǎn)”，直接在大腦與外部設(shè)備，如機(jī)械手、屏幕光標(biāo)、功能性電刺激器之間，建立一條全新的、直接的“信息高速公路”。
然而，捕捉到信號僅僅是萬里長征的第一步。真正的核心技術(shù)“魔法”在于“解碼”。那些由成千上萬個神經(jīng)元協(xié)同放電產(chǎn)生的、看似雜亂無章的微伏級電信號，必須通過復(fù)雜精巧的信號處理與人工智能算法進(jìn)行“翻譯”和“解讀”。
“這就像在嘗試破譯一門極其復(fù)雜、動態(tài)變化的密碼語言。”王斌解釋說，“我們的算法模型需要從海量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中不斷學(xué)習(xí)，識別出哪種特定的信號波動模式對應(yīng)著‘抓’的意圖，哪種模式對應(yīng)著‘放’，或者‘向左’‘向右’。當(dāng)患者在進(jìn)行運(yùn)動想象時(shí)，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)識別出對應(yīng)的神經(jīng)模式，并即刻轉(zhuǎn)換為控制指令，驅(qū)動外部設(shè)備完成動作。”從“想”到“動”，整個過程往往在毫秒之間完成。
在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，腦機(jī)接口的價(jià)值遠(yuǎn)不止于“替代執(zhí)行”或“輔助操作”。董安琴強(qiáng)調(diào)了其更深層的醫(yī)學(xué)意義——促進(jìn)“神經(jīng)可塑性”，即大腦自身網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)、重組與功能重塑。
“傳統(tǒng)的康復(fù)設(shè)備，很多時(shí)候是機(jī)器帶著患者的肢體動，患者可能處于相對被動跟隨的狀態(tài)。而腦機(jī)接口技術(shù)，構(gòu)建了一個‘主動意念—信號生成—設(shè)備控制—動作完成—多感官反饋’的完美閉環(huán)。”她詳細(xì)闡釋，“在這個閉環(huán)里，患者必須是主動地、努力地去‘想’，設(shè)備才會響應(yīng)并帶動肢體運(yùn)動。當(dāng)動作被成功執(zhí)行，視覺（看到手動）和本體感覺（感到手動）又會形成強(qiáng)烈的正反饋信號傳回大腦。這個閉環(huán)被不斷重復(fù)和強(qiáng)化，實(shí)質(zhì)上是在反復(fù)‘教育’和‘訓(xùn)練’那些受損或功能低下的腦區(qū)，促進(jìn)新的神經(jīng)連接形成，逐步喚醒那些處于‘休眠’或‘低效’狀態(tài)的功能網(wǎng)絡(luò)。”
從“大哥大時(shí)代”駛向未來
在這片充滿無限潛力的未來產(chǎn)業(yè)藍(lán)海，河南并未缺席。從前沿的臨床應(yīng)用到扎實(shí)的產(chǎn)業(yè)研發(fā)，一場圍繞腦機(jī)接口技術(shù)攻關(guān)與轉(zhuǎn)化的“中原競逐”已悄然展開。
今年年初，河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院康復(fù)醫(yī)學(xué)與康養(yǎng)研究所和鄭州安杰萊智能科技有限公司簽署合作協(xié)議，共同推動腦機(jī)接口技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域的臨床轉(zhuǎn)化與應(yīng)用研究。
12月3日，在該公司的研發(fā)演示區(qū)，記者親身體驗(yàn)了一款尚在臨床試驗(yàn)階段的腦機(jī)接口下肢康復(fù)設(shè)備——戴上腦電帽，集中意念想象右腿蹬踏的動作，一旁的康復(fù)機(jī)器便隨之帶動腿部作出了相應(yīng)的屈伸運(yùn)動。
“我們正在不斷優(yōu)化核心算法的精準(zhǔn)度、同時(shí)提升設(shè)備的佩戴舒適性。”該公司董事長李魯亞表示，腦機(jī)接口是明確的國家未來產(chǎn)業(yè)方向，也是康復(fù)領(lǐng)域變革性的技術(shù)趨勢，企業(yè)必須抓住機(jī)遇，沉下心來提升自主核心研發(fā)能力。
然而，通往廣泛應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)成熟的未來之路，仍需披荊斬棘。
目前，腦機(jī)接口技術(shù)路徑主要分為“非侵入式”與“侵入/半侵入式”。非侵入式設(shè)備，如頭環(huán)、腦電帽，安全無創(chuàng)，易于佩戴，但信號獲取難一些。
“頭發(fā)的厚度與密度、頭皮油脂分泌，甚至患者實(shí)時(shí)的情緒波動、外界環(huán)境的談話聲、電磁干擾等，都可能成為影響腦電信號質(zhì)量的‘噪聲’。”董安琴坦言。目前，他們科室使用的腦機(jī)接口設(shè)備已經(jīng)迭代到第四代，每一代升級的主要目標(biāo)之一就是提升腦電信號采集的靈敏度與穩(wěn)定性。“在第一代設(shè)備時(shí)，僅調(diào)試腦電帽以確保獲取穩(wěn)定有效的信號，就需要20多分鐘，現(xiàn)在這個過程已經(jīng)縮短到七八分鐘。未來，我們希望能實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)、更‘傻瓜化’的信號捕捉。”此外，行業(yè)內(nèi)部缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口與通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的設(shè)備與醫(yī)院的信息系統(tǒng)、各類康復(fù)機(jī)器人之間難以實(shí)現(xiàn)無縫“對話”與數(shù)據(jù)融合，也在一定程度上制約了數(shù)據(jù)的規(guī)�；吓c深度應(yīng)用。
而對于半侵入式或未來可能應(yīng)用的全侵入式（電極植入腦皮層內(nèi)）技術(shù)，挑戰(zhàn)則更多來自生命體自身的復(fù)雜性。
“大腦擁有強(qiáng)大的自我保護(hù)與免疫機(jī)制，它會將植入的電極識別為‘異物’，從而可能產(chǎn)生排異反應(yīng)。例如，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞會逐漸包裹電極尖端，導(dǎo)致信號采集質(zhì)量隨時(shí)間推移而衰減。”王斌指出。因此，研發(fā)生物相容性更好、更微型化、能長期穩(wěn)定工作且對腦組織損傷更小的新型電極材料，是全球科學(xué)家和工程界競賽的核心焦點(diǎn)之一。同時(shí)，植入手術(shù)的長期安全性、系統(tǒng)設(shè)備的可靠性與成本，也都是產(chǎn)業(yè)化道路上必須跨越的障礙。
盡管前路漫漫，挑戰(zhàn)諸多，但受訪的臨床專家與研發(fā)人員都對此抱有堅(jiān)定的信心。
“如果類比移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程，現(xiàn)在的腦機(jī)接口技術(shù)大概處于‘大哥大’時(shí)代。”王斌給出了一個樂觀而形象的比喻，“它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最核心的‘通話’功能——即穩(wěn)定的信號讀取與基本解碼控制。但未來，它一定會朝著‘智能手機(jī)’的方向演進(jìn)：變得更小巧、更智能、更強(qiáng)大、更無線化、更低功耗，并集成更多樣的功能模塊，深度融入日常健康管理、疾病治療乃至增強(qiáng)人類能力的廣闊領(lǐng)域。”
這份信心，正在中原大地轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性的產(chǎn)業(yè)與科研布局。
據(jù)悉，河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院正聚焦腦機(jī)接口與人工智能、生物材料等前沿交叉領(lǐng)域，著力攻關(guān)腦科學(xué)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)突破與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用等一系列難題。其長遠(yuǎn)目標(biāo)，不僅是在頂尖三甲醫(yī)院開展前沿的腦機(jī)接口植入手術(shù)，更旨在建立相關(guān)的臨床診療規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型腦機(jī)接口設(shè)備與可穿戴傳感器，并探索其在疾病領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，最終構(gòu)建起覆蓋全生命周期的健康管理服務(wù)體系。
記者手記
在“慢科技”里看見希望
□本報(bào)記者李曉敏
當(dāng)指尖敲下這些文字，采訪時(shí)的畫面與聲音依然清晰。
報(bào)道過不少前沿醫(yī)療科技，但這次對腦機(jī)接口的探訪，讓我第一次如此真切地感受到一項(xiàng)“未來技術(shù)”落地的重量。這重量不在于它有多炫目，而在于它有多溫暖。
最難忘的，是呂先生說起自己握住葡萄的那一刻。視頻那頭，他的描述很樸實(shí)，可那爽朗的笑聲，卻瞬間穿透屏幕。當(dāng)技術(shù)成果凝結(jié)為如此具體、如此私人化的生活細(xì)節(jié)——一顆葡萄的甜，便在瞬間超越了所有艱深的術(shù)語與圖表，成為技術(shù)價(jià)值最生動的注腳。
在鄭大五附院腦機(jī)接口治療室里，劉先生眉頭緊鎖、全神貫注地“想象”運(yùn)動，他的母親在一旁欣喜地給記者分享他的點(diǎn)滴變化。這讓我看到，腦機(jī)接口帶來的不僅是功能補(bǔ)償，更是一種珍貴“控制感”的回歸。
這次采訪經(jīng)歷也修正了我對“未來產(chǎn)業(yè)”的認(rèn)知。它不總是顛覆性的瞬間突破，更多時(shí)候，是像腦機(jī)接口這樣，一步步從科幻走進(jìn)病房，從論文走入生活。我們關(guān)注未來，除了仰望技術(shù)的峰頂，更應(yīng)注視它如何“落地”，如何呼應(yīng)一個個具體而細(xì)微的需求。產(chǎn)業(yè)的未來，不僅寫在頂級期刊上，也寫進(jìn)一位癱瘓患者自己喝到的那口水里。
在這個追求“快速迭代”的時(shí)代，腦機(jī)接口這樣的“慢科技”提醒我們：有些進(jìn)步急不得，有些希望，恰恰生長在每一次神經(jīng)信號與機(jī)械指令精準(zhǔn)匹配的寂靜瞬間。
記錄這場靜默的革命，是記錄技術(shù)，更是記錄那群永不放棄、執(zhí)著于重新連接生命的人。這份努力，屬于患者，屬于醫(yī)者，也屬于每一個在寂靜中埋頭“解碼未來”的普通人。
