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近日，腦機接口公司Synchron 宣布植入Stentrode腦機接口的肌萎縮側索硬化癥(ALS)的患者Philip O'Keefe，首次通過(guò) BCI 直接在社交媒體Twitter上發(fā)消息，成為第一個(gè)在社交媒體上直接向全世界傳遞信息的人。

“Hello word！” Synchron 首席執行官Thomas Oxley在推特上寫(xiě)道，“簡(jiǎn)短的推文,巨大的進(jìn)步。”對于這項技術(shù)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)具有象征意義的時(shí)刻，它可以為癱瘓的人打開(kāi)與世界保持聯(lián)系的大門(mén)。

62歲的Philip O'Keefe是一位“漸凍癥狀”患者，當他使用Stentrode腦機接口發(fā)送“Hello World”信息時(shí)，他成功地轉變了他的直接思維并通過(guò)Twitter發(fā)信息。這是一次通過(guò)“意念”來(lái)控制操作，無(wú)需通過(guò)手操作。

Philip O'Keefe說(shuō)：“當我第一次聽(tīng)說(shuō)Stentrode技術(shù)時(shí)，我就知道它能給我帶來(lái)多大的獨立性。這個(gè)系統是令人驚訝的，就像學(xué)騎自行車(chē)一樣——需要練習，但一旦你開(kāi)始滾動(dòng)，它就會(huì )變得自然。現在，我只想在電腦上點(diǎn)擊我想點(diǎn)擊的地方，就可以完成發(fā)電子郵件、銀行，購物等日常操作，比如通過(guò)Twitter向全世界傳遞信息。

Philip O'Keefe于2020年4月接受了血管內Stentrode腦機接口支架植入手術(shù)，此前因為肌萎縮側索硬化癥(ALS)導致的進(jìn)行性癱瘓使他無(wú)法從事與工作相關(guān)或其他獨立活動(dòng)。

現在Philip O'Keefe在植入Stentrode后，可以在Twitter向全世界傳遞信息，此后通過(guò)不斷學(xué)習和練習，Philip O'Keefe將可以一直使用這個(gè)系統（Stentrode）與家人重新建立聯(lián)系，并且與商業(yè)伙伴、同事等繼續電子郵件交流，并積極參與他的咨詢(xún)和其他商業(yè)項目。

Philip O'Keefe用“HelloWorldBCI”這個(gè)標簽接管了Synchron首席執行官Thomas Oxley博士的推特。Philip O'Keefe的目標是與世界分享他重新獲得獨立的經(jīng)驗，并為未來(lái)提供靈感。最后在推特上發(fā)布““我的希望是，我正在為人們通過(guò)思想來(lái)推特鋪平道路。”

Synchron 首席執行官Thomas Oxley表示：這些有趣的推文實(shí)際上是植入式腦機接口領(lǐng)域的一個(gè)重要時(shí)刻，我們期待著(zhù)在美國市場(chǎng)第一個(gè)推廣我們的腦機接口Stentrode。

專(zhuān)注于腦機接口研發(fā)的Synchron ，被稱(chēng)為是馬斯克最大的對手。此前它研發(fā)的Stentrode運動(dòng)神經(jīng)假體已經(jīng)獲得FDA臨床研究性器械豁免(Investigational Device Exemption ，IDE)批準。

Stentrode由一個(gè)微小的支架組成，支架在血管內擴張以將其固定到位；然后在其上安裝 16 個(gè)微型傳感器以獲取大腦活動(dòng)，與傳統腦血管支架非常相似。該設備是迄今為止唯一不需要開(kāi)腦手術(shù)的植入式腦機接口。

它通過(guò)頸部 2 毫米的切口被放置在頸靜脈內，通過(guò)靜脈血流被輸送到大腦運動(dòng)皮層，在那里它擴張并停留在血管壁，通過(guò)嵌入式傳感器來(lái)獲取大腦信號，并傳遞給植入在胸部的BrainPort 接收器，再由接收器通過(guò)藍牙把信號傳給智能手機、平板電腦或計算機，將大腦信號轉換為應用程序上的操作，用于短信、發(fā)送電子郵件、銀行業(yè)務(wù)和購物。

早在去年10月，Synchron就成功地進(jìn)行了人體研究，將其發(fā)明的腦機裝置植入了兩位漸凍癥患者的身體內。植入后，這兩位患者成功地通過(guò)這套腦機接口進(jìn)行了發(fā)短信、發(fā)送電子郵件、購物和操作網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)日常活動(dòng)。通過(guò)眼動(dòng)儀以及腦機，兩位患者還成功地操作了Window 10，點(diǎn)擊準確率達到了90%以上，并且每分鐘可以打14個(gè)和20個(gè)字符。

未來(lái)Stentrode的干預性神經(jīng)調節應用可能包括從血管內診斷和治療神經(jīng)系統疾病的潛力，包括帕金森氏病，癲癇，抑郁癥和高血壓。

據了解，在2020年全球腦機接口市場(chǎng)規模就已經(jīng)達到了14.6億元，預計2026年將達到27億元，年復合增長(cháng)率為12.4％。其中北美地區是全球最大市場(chǎng)，占總市場(chǎng)份額超過(guò)6成。

目前全球大概有5000萬(wàn)人罹患癲癇，其中至少有300萬(wàn)人會(huì )因此癱瘓；我國殘疾人總人數約為8300萬(wàn)人，涉及7000多萬(wàn)個(gè)家庭，2.6億人口，而癱瘓病人所屬的一二級重度殘疾約為2500萬(wàn)人，占30%；在發(fā)達國家中，大概有3000萬(wàn)患者對于無(wú)需雙手、直接利用大腦信號來(lái)控制智能設備的產(chǎn)品有著(zhù)未被滿(mǎn)足的市場(chǎng)需求，未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊。

近年來(lái)，腦機接口（BCI）研究吸引了越來(lái)越多科研機構和科技企業(yè)的興趣，也相繼出現了很多令人矚目的技術(shù)成果，如馬斯克的腦機接口公司 Neuralink 先后在豬、猴子等體內植入腦機接口設備、斯坦福大學(xué)腦機接口設備讓癱瘓患者實(shí)現“意念寫(xiě)字”等。下面我們簡(jiǎn)單介紹一下幾款腦機接口設備。

FDA突破性設備批準MoveAgain 腦機接口

11月16日，全球腦機接口技術(shù)領(lǐng)導者Blackrock Neurotech 宣布其開(kāi)創(chuàng )性腦機接口（BCI）設備MoveAgain已被FDA授予突破性設備。據悉，MoveAgain作為首創(chuàng )的腦機接口技術(shù)，可以讓無(wú)法移動(dòng)的患者只需通過(guò)思考即可控制鼠標光標、鍵盤(pán)、移動(dòng)設備/平板電腦、輪椅或假肢設備。

據悉，經(jīng)過(guò)十多年的技術(shù)研發(fā)，Blackrock已經(jīng)與數百家世界領(lǐng)先的研究機構和20多個(gè)臨床合作中心達成合作關(guān)系，并在人類(lèi) BCI 應用中實(shí)現了多個(gè)“第一”，如第一個(gè)為四肢癱瘓患者提供直接從大腦和用大腦控制機器人肢體的能力；第一個(gè)讓ALS（肌萎縮側索硬化）患者通過(guò)思想控制聽(tīng)覺(jué)拼寫(xiě)器從而進(jìn)行交流。

公開(kāi)資料顯示，目前全球有30名患者在大腦中裝有BCI，其中28名患者使用了 Blackrock 的技術(shù)。其中，第一臺 Blackrock的BCI設備在十五年前植入的，目前Blackrock已經(jīng)開(kāi)發(fā)推出了多款用于神經(jīng)治療的醫療設備，包括各種神經(jīng)接口（電極）、生物相容性材料和可植入電子設備，以有效適用應用端的電極、植入物、數據管理、小型化、無(wú)線(xiàn)通信和人工智能等解決方案的組件。

幫助中風(fēng)患者康復

美國圣路易斯華盛頓大學(xué)的初創(chuàng )公司 Neurolutions推出的 IpsiHand 上肢康復系統，于今年4月獲得了FDA 授予的市場(chǎng)授權。這款設備用于 18 歲及以上患者的中風(fēng)后治療方案，是第一個(gè)獲得機構批準的非侵入性腦機接口設備。

IpsiHand 系統包括一個(gè)帶有電極的頭盔，用于記錄不受中風(fēng)影響一側的大腦活動(dòng)。這些數據會(huì )發(fā)送到平板電腦以確定預期的肌肉運動(dòng)，然后平板電腦發(fā)送信號來(lái)移動(dòng)手部支架。

系統旨在幫助手、腕和手臂受傷的中風(fēng)患者重新學(xué)習如何抓握物體并增強他們的抓握能力。一項臨床研究表明，所有患者在使用設備 12 周后，運動(dòng)功能均有所改善。設備可在醫生開(kāi)具處方后在診所或家中使用，Neurolutions 正準備將其推向市場(chǎng)。

猴子用大腦隔空玩游戲

埃隆·馬斯克創(chuàng )辦的Neuralink開(kāi)發(fā)的腦機接口設備于2020年7月獲得了FDA的突破性設備認定，今年獲得許可進(jìn)行人體實(shí)驗。這款設備類(lèi)似一個(gè)硬幣，將在頭骨上制造一個(gè)直徑約一英寸的洞，連同電池、藍牙、導電充電器和電極一同植入進(jìn)大腦的運動(dòng)皮層。從外觀(guān)完全無(wú)法看出設備的存在。

這款設備先是被植入到了豬上，Neuralink傳回的數據準確預測了豬在跑步機上落下蹄子的位置。隨后Neuralink又公開(kāi)了一段猴子玩游戲的視頻。在視頻中，猴子首先學(xué)會(huì )了如何使用操縱桿點(diǎn)擊屏幕上的方塊，獎勵是通過(guò)吸管送來(lái)的香蕉冰沙。最后猴子通過(guò)“Link”設備，和游戲機實(shí)現了腦機交互，能夠在不觸動(dòng)操縱桿的情況下將光標移動(dòng)到他想要的位置。

據馬斯克的創(chuàng )想，這款設備未來(lái)可能不光用于醫療，還會(huì )應用在各種腦機交互場(chǎng)景中。

最自然的仿生手臂

2021年9月1日媒體報道，美國克利夫蘭診所的研究人員開(kāi)發(fā)出了首個(gè)具備直觀(guān)運動(dòng)控制、觸覺(jué)反饋、運動(dòng)感覺(jué)三種重要功能的仿生手臂。這款手臂使用了腦機接口技術(shù)，通過(guò)佩戴者的意念控制，堪稱(chēng)讀心術(shù)！

與大多數腦機接口只在一個(gè)方向運行不同，雙向的腦機接口讓這款仿生手臂能夠實(shí)現大腦信號的發(fā)出和機械裝置信息的傳回。

仿生手臂通過(guò)神經(jīng)機器接口與佩戴者的四肢神經(jīng)相連，患者的神經(jīng)沖動(dòng)從他們的大腦發(fā)送到假肢，當假肢移動(dòng)時(shí)，設備會(huì )激活假肢上方連接的皮膚和肌肉中的感覺(jué)受體，然后將這些神經(jīng)信號傳遞給大腦，幫助患者“感受”手臂的運動(dòng)。

根據受試者的反饋，在控制手臂時(shí)他們只要動(dòng)用感覺(jué)，發(fā)起意念，就可以移動(dòng)手臂完成動(dòng)作，在接觸到物體時(shí)，物體的觸感、溫度、手掌抓握的壓力立刻傳遞回來(lái)，就像重新擁有了一個(gè)完整的手臂一樣，他們可以輕松的拿起帶吸管的水杯，而不用擔心用力過(guò)大把飲料擠出來(lái)，也不用依靠視覺(jué)去調節動(dòng)作，機械手臂傳回的運動(dòng)感可以實(shí)時(shí)告訴他們的大腦，手臂正處于什么樣的動(dòng)作中。運動(dòng)感也是讓動(dòng)作變得自然的最關(guān)鍵的一環(huán)。

幫助脊柱損傷患者

去年，美國私營(yíng)非盈利性科技公司Battelle 和俄亥俄州立大學(xué)的研究人員首次推出了他們自己的雙向腦機接口系統 BrainSTORMS。這項技術(shù)可以將大腦與先前因嚴重脊髓損傷或其他神經(jīng)損傷而切斷的肌肉重新連接起來(lái)。

他們在一名完全脊髓損傷的患者腦中控制自主運動(dòng)的區域植入了一個(gè)約 4 平方毫米的微芯片，拾取并放大大腦中微弱的運動(dòng)信號，通過(guò)電機刺激和移動(dòng)手部的肌肉。讓手臂麻木十年的患者實(shí)現了物體的拾取和壓力感知。不過(guò)這個(gè)系統不能復原完整的觸覺(jué)。研究結果發(fā)表在在Cell雜志上。

國內腦機接口發(fā)展

近年來(lái)，國內腦機接口研究也取得了顯著(zhù)進(jìn)展。例如，天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊設計的新型卒中人工神經(jīng)康復機器人系統“神工一號”“神工二號”人工神經(jīng)機器人。患者將腦電探測器戴在頭部，并在肢體的肌肉上安裝電極，模擬神經(jīng)沖動(dòng)的電刺激引起肌肉產(chǎn)生主動(dòng)收縮，帶動(dòng)骨骼和關(guān)節產(chǎn)生自主動(dòng)作，幫助中風(fēng)患者逐步將被動(dòng)動(dòng)作轉換為主動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現康復。

目前該設備已通過(guò)國家食品藥品監督管理局檢測，其中的腦電圖儀獲得醫療器械注冊證，已經(jīng)在天津市人民醫院、天津市第一中心醫院、山東省煙臺市醫院等多家三甲醫院臨床測試成功，受益患者超過(guò)3000人。

常州的博睿康科技也是一家專(zhuān)注于腦機接口產(chǎn)品研發(fā)的公司，主要通過(guò)微創(chuàng )腦機接入的方式進(jìn)行著(zhù)癲癇疾病的閉環(huán)治療。目前研發(fā)了三款產(chǎn)品，分別為數字腦電圖機、腦電與事件相關(guān)電位儀以及高導聯(lián)數字腦電圖機，其中，針對臨床腦功能監護、精神疾病初篩需求研發(fā)設計的醫用事件相關(guān)電位儀，以及服務(wù)癲癇病灶定位外科手術(shù)需求的高頻高導聯(lián)的數字腦電圖機在今年9月份相繼獲得了醫療器械注冊證。

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腦機接口是真正意義上的“讀心術(shù)”，除醫療以外，也引發(fā)了其他領(lǐng)域的強烈興趣，比如情緒識別、虛擬現實(shí)等。開(kāi)個(gè)腦洞想一想，也許在未來(lái)，人們可以在千里之外動(dòng)用意念，就完成比如手術(shù)、施工等高難度操作，甚至藝術(shù)家可以直接把腦海中的想象直接呈現出來(lái)，人們的勞動(dòng)都可以被腦機接口代替！不過(guò)，到底這樣的世界是美好還是恐怖，讓我們拭目以待。