对于中国脑机接口领域而言，这不啻为一个里程碑。从非侵入式到半侵入式再到侵入式，中国科学家的探索脚步不停歇。我国成为继美国之后全球第二个开展侵入式脑机接口临床试验的国家，且多项指标超越马斯克创立的脑机接口公司Neuralink。 “在同一技术赛道上，我们的电极又细又柔，仅为细胞尺寸，相当于一根头发丝的百分之一；柔软程度仅为细胞间作用力的量级。”脑智卓越中心研究员赵郑拓介绍，这一全球最小尺寸、柔性最强的神经电极，仅为Neuralink所使用电极的1/5到1/7，柔性却是其百倍。这使得脑细胞几乎“意识”不到旁边有异物，最大程度降低了对脑组织的损伤。这一创新技术在全球范围首创长期植入脑组织后无免疫瘢痕，得到国际同行广泛认可，成为长期稳定测量神经元活动的理想工具。 “我们在微型化系统集成方面也有优势，植入体尺寸被极致压缩，仅硬币大小，是Neuralink产物的一半。”脑智卓越中心研究员李雪介绍，该植入体直径26毫米、厚度不到6毫米，是全球最小尺寸的脑控植入体。 “相比Neuralink需要依赖手术机器人才能完成植入，我们在手术时植入体不需要贯穿颅骨，只需在大脑运动皮层上方的颅骨‘打薄’出硬币大小的一个凹槽，用以镶嵌植入体，再在凹槽中打出一个5毫米的穿刺孔，用以插入电极。”首例侵入式脑机接口临床试验“主刀人”、华山医院神经外科教授路俊锋说，除了手术流程是“第一次”，这一微创手术对于医生来说“再寻常不过”，对于患者则是“手术友好程度相当高”。 所有的脑机接口系统都是在手术友好程度和信号质量两个维度上寻求平衡，信号质量决定了应用场景的“天花板”，而手术友好程度代表市场接受度和可推广度。 目前，脑机接口主要有三种技术路径，非侵入式是电极设置在颅骨外，半侵入式是电极植入颅骨下方、大脑皮层外侧，侵入式是电极植入大脑皮层中，直接接触神经元细胞。 “我们的大脑皮层分为6层，有860亿至1000亿个神经元，这就好比860亿至1000亿名观众分布在6层看台的体育场。”李雪打比方说，非侵入式是在场外捕捉观众的声音，半侵入式是在场内屋顶安装收音设备，而侵入式是在观众席插入带有麦克风的柱子，从而可以清楚听到该区域每个观众的声音。 从非侵入式到半侵入式再到侵入式，脑机接口信号质量逐步提升，但技术难度也相应增加。由于可以采集到高质量的单神经元信号，侵入式技术路径正成为大国技术角力的重点方向。 为何有勇气选择最具挑战的这一技术路线？“选择这条路，并非一时冲动，也不仅仅是勇气，更多的是对这个方向的兴趣与价值认同。”李雪告诉记者，十年前他们刚接触脑机接口技术，对于构建大脑和机器交互界面这一最为棘手、堪称“卡脖子”的问题，就暗下决心要专攻这一应用价值潜力巨大的方向。 “真正的关键转折是我决定来上海，加入脑智卓越中心。”赵郑拓告诉记者。学有所成后，两位“90后”科学家与脑智卓越中心开启了一场“双向奔赴”。 中国科学院院士、脑智卓越中心学术主任蒲慕明告诉记者，因为看到脑机接口技术的重要性和国内相关人才的缺乏，早在2019年赵郑拓刚拿到美国德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程博士学位时，脑智卓越中心就向他发出了邀请。而赵郑拓对脑智卓越中心这一中国脑科学研究重镇更是心仪已久，早年他就读过蒲慕明在《神经元》发表的一篇有关中国脑计划的文章，其中提及的大规模神经活动记录工具让他印象特别深刻，“既让我坚定了科研方向，也在我心里埋下了一颗种子：如果有机会在这样一位科学家领导下工作，一定是年轻科研人员难得的机遇。”2020年一结束在美博士后研究，他迫不及待地加入脑智卓越中心，成为“脑机接口技术及其临床应用”项目首席科学家。 而李雪2020年从美国莱斯大学电子与计算机学院博士毕业后，入选脑智卓越中心首批青年研究员计划——无需博士后经历直接被聘为研究组长，并拥有自己独立的实验室。 还记得世界首个体细胞克隆猴吗？它正诞生于脑智卓越中心国际领先的非人灵长类研究平台。此次中国首例侵入式脑机接口临床试验之前，其安全性和功能性就已在该平台的实验猕猴中得到验证——不仅近600天未出现感染和电极失效情况，而且经过训练实现了脑控打字。 更令科研团队振奋的是，在平稳运行一段时间后，猕猴的植入体被手术安全取出，并在同一个颅骨开孔位置完成二次植入，从而验证了二次手术升级换代的可行性。 微纳电子加工平台，这在国内主要从事基础研究的机构中并不多见。在上海市支持下，脑智卓越中心建起了先进的微纳电子加工平台，可以对微米至纳米尺度的脑机接口器件精确加工和制备，从而加速了研发进程。 基于超柔性电极搭建的电生理工具平台，脑智卓越中心成为全世界仅有的三家能够进行大规模人脑单细胞记录的科研机构之一，另两家为美国麻省总院与加州大学旧金山分校。 实时在线解码是脑机接口技术的关键环节，脑智卓越中心团队研制了国内唯一获得注册型检报告的脑机接口系统，可以毫秒级捕获单神经元信号，让患者拥有“脑控”的能力。受试者只需戴上一顶帽子，就可与其植入体“蓝牙”连接。 该脑机接口系统设计使用寿命5年，未来获批注册上市后，有望显著改善完全性脊髓损伤、双上肢截肢及肌萎缩侧索硬化症患者等群体的生存质量。 “接下来，我们会尝试让首例受试者使用机械臂，使得他可以抓握、拿杯子。后续还将攻关对机器狗、具身智能机器人等设备的控制，从而拓展他的生活边界，这是马斯克团队至今也尚未攻克的难题。”李雪介绍，今年计划再完成3-4例临床试验。 脑机接口系统2.0版将于今年底或明年初发布，它将有256条信息传输通道，是目前临床试验产物的4倍，体积则比现有产物还要小1/3，除了助力瘫痪患者的运动控制功能，还有望恢复失语患者的语言功能。 解码失语症患者的“语言”准确率可达97.5%，瘫痪患者每分钟可用意念打出90个字母……当下，脑机接口技术为机体功能重建、神经系统疾病治疗提供了一种新的解决方案，未来更是实现人体增强、人机融合的一个底层技术。 碳基与硅基生命体能否实现共生？在赵郑拓看来，侵入式脑机接口有望推动人类进入脑机融合时代，用人工智能为人脑赋能。而更长远的未来，随着人机交互效率大幅提升，脑机接口产物甚至可以成为面向健康人群的消费级应用。
