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近日，腦機(jī)接口公司Synchron 宣布植入Stentrode腦機(jī)接口的肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)的患者Philip O'Keefe，首次通過 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(zhí)行官Thomas Oxley在推特上寫道，“簡(jiǎn)短的推文,巨大的進(jìn)步。”對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)來說，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與世界保持聯(lián)系的大門。

62歲的Philip O'Keefe是一位“漸凍癥狀”患者，當(dāng)他使用Stentrode腦機(jī)接口發(fā)送“Hello World”信息時(shí)，他成功地轉(zhuǎn)變了他的直接思維并通過Twitter發(fā)信息。這是一次通過“意念”來控制操作，無需通過手操作。

Philip O'Keefe說：“當(dāng)我第一次聽說Stentrode技術(shù)時(shí)，我就知道它能給我帶來多大的獨(dú)立性。這個(gè)系統(tǒng)是令人驚訝的，就像學(xué)騎自行車一樣——需要練習(xí)，但一旦你開始滾動(dòng)，它就會(huì)變得自然。現(xiàn)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(gòu)物等日常操作，比如通過Twitter向全世界傳遞信息。

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

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

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

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

專注于腦機(jī)接口研發(fā)的Synchron ，被稱為是馬斯克最大的對(duì)手。此前它研發(fā)的Stentrode運(yùn)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(zhǔn)。

Stentrode由一個(gè)微小的支架組成，支架在血管內(nèi)擴(kuò)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(tǒng)腦血管支架非常相似。該設(shè)備是迄今為止唯一不需要開腦手術(shù)的植入式腦機(jī)接口。

它通過頸部 2 毫米的切口被放置在頸靜脈內(nèi)，通過靜脈血流被輸送到大腦運(yùn)動(dòng)皮層，在那里它擴(kuò)張并停留在血管壁，通過嵌入式傳感器來獲取大腦信號(hào)，并傳遞給植入在胸部的BrainPort 接收器，再由接收器通過藍(lán)牙把信號(hào)傳給智能手機(jī)、平板電腦或計(jì)算機(jī)，將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)換為應(yīng)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(gòu)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(jī)裝置植入了兩位漸凍癥患者的身體內(nèi)。植入后，這兩位患者成功地通過這套腦機(jī)接口進(jìn)行了發(fā)短信、發(fā)送電子郵件、購(gòu)物和操作網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)日常活動(dòng)。通過眼動(dòng)儀以及腦機(jī)，兩位患者還成功地操作了Window 10，點(diǎn)擊準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上，并且每分鐘可以打14個(gè)和20個(gè)字符。

未來Stentrode的干預(yù)性神經(jīng)調(diào)節(jié)應(yīng)用可能包括從血管內(nèi)診斷和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛力，包括帕金森氏病，癲癇，抑郁癥和高血壓。

據(jù)了解，在2020年全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模就已經(jīng)達(dá)到了14.6億元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到27億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為12.4％。其中北美地區(qū)是全球最大市場(chǎng)，占總市場(chǎng)份額超過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(guó)殘疾人總人數(shù)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(jí)重度殘疾約為2500萬(wàn)人，占30%；在發(fā)達(dá)國(guó)家中，大概有3000萬(wàn)患者對(duì)于無需雙手、直接利用大腦信號(hào)來控制智能設(shè)備的產(chǎn)品有著未被滿足的市場(chǎng)需求，未來市場(chǎng)前景廣闊。

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

FDA突破性設(shè)備批準(zhǔn)MoveAgain 腦機(jī)接口

11月16日，全球腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者Blackrock Neurotech 宣布其開創(chuàng)性腦機(jī)接口（BCI）設(shè)備MoveAgain已被FDA授予突破性設(shè)備。據(jù)悉，MoveAgain作為首創(chuàng)的腦機(jī)接口技術(shù)，可以讓無法移動(dòng)的患者只需通過思考即可控制鼠標(biāo)光標(biāo)、鍵盤、移動(dòng)設(shè)備/平板電腦、輪椅或假肢設(shè)備。

據(jù)悉，經(jīng)過十多年的技術(shù)研發(fā)，Blackrock已經(jīng)與數(shù)百家世界領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)和20多個(gè)臨床合作中心達(dá)成合作關(guān)系，并在人類 BCI 應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)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(jī)器人肢體的能力；第一個(gè)讓ALS（肌萎縮側(cè)索硬化）患者通過思想控制聽覺拼寫器從而進(jìn)行交流。

公開資料顯示，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(tái) Blackrock的BCI設(shè)備在十五年前植入的，目前Blackrock已經(jīng)開發(fā)推出了多款用于神經(jīng)治療的醫(yī)療設(shè)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(shè)備，以有效適用應(yīng)用端的電極、植入物、數(shù)據(jù)管理、小型化、無線通信和人工智能等解決方案的組件。

幫助中風(fēng)患者康復(fù)

美國(guó)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(fù)系統(tǒng)，于今年4月獲得了FDA 授予的市場(chǎng)授權(quán)。這款設(shè)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(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的非侵入性腦機(jī)接口設(shè)備。

IpsiHand 系統(tǒng)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(cè)的大腦活動(dòng)。這些數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送到平板電腦以確定預(yù)期的肌肉運(yùn)動(dòng)，然后平板電腦發(fā)送信號(hào)來移動(dòng)手部支架。

系統(tǒng)旨在幫助手、腕和手臂受傷的中風(fēng)患者重新學(xué)習(xí)如何抓握物體并增強(qiáng)他們的抓握能力。一項(xiàng)臨床研究表明，所有患者在使用設(shè)備 12 周后，運(yùn)動(dòng)功能均有所改善。設(shè)備可在醫(yī)生開具處方后在診所或家中使用，Neurolutions 正準(zhǔn)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開發(fā)的腦機(jī)接口設(shè)備于2020年7月獲得了FDA的突破性設(shè)備認(rèn)定，今年獲得許可進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)。這款設(shè)備類似一個(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(lán)牙、導(dǎo)電充電器和電極一同植入進(jìn)大腦的運(yùn)動(dòng)皮層。從外觀完全無法看出設(shè)備的存在。

這款設(shè)備先是被植入到了豬上，Neuralink傳回的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了豬在跑步機(jī)上落下蹄子的位置。隨后Neuralink又公開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(jiǎng)勵(lì)是通過吸管送來的香蕉冰沙。最后猴子通過“Link”設(shè)備，和游戲機(jī)實(shí)現(xiàn)了腦機(jī)交互，能夠在不觸動(dòng)操縱桿的情況下將光標(biāo)移動(dòng)到他想要的位置。

據(jù)馬斯克的創(chuàng)想，這款設(shè)備未來可能不光用于醫(yī)療，還會(huì)應(yīng)用在各種腦機(jī)交互場(chǎng)景中。

最自然的仿生手臂

2021年9月1日媒體報(bào)道，美國(guó)克利夫蘭診所的研究人員開發(fā)出了首個(gè)具備直觀運(yùn)動(dòng)控制、觸覺反饋、運(yùn)動(dòng)感覺三種重要功能的仿生手臂。這款手臂使用了腦機(jī)接口技術(shù)，通過佩戴者的意念控制，堪稱讀心術(shù)！

與大多數(shù)腦機(jī)接口只在一個(gè)方向運(yùn)行不同，雙向的腦機(jī)接口讓這款仿生手臂能夠實(shí)現(xiàn)大腦信號(hào)的發(fā)出和機(jī)械裝置信息的傳回。

仿生手臂通過神經(jīng)機(jī)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(dāng)假肢移動(dòng)時(shí)，設(shè)備會(huì)激活假肢上方連接的皮膚和肌肉中的感覺受體，然后將這些神經(jīng)信號(hào)傳遞給大腦，幫助患者“感受”手臂的運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)受試者的反饋，在控制手臂時(shí)他們只要動(dòng)用感覺，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，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(dān)心用力過大把飲料擠出來，也不用依靠視覺去調(diào)節(jié)動(dòng)作，機(jī)械手臂傳回的運(yùn)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(yùn)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(guó)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(jī)接口系統(tǒng) BrainSTORMS。這項(xiàng)技術(shù)可以將大腦與先前因嚴(yán)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。

他們在一名完全脊髓損傷的患者腦中控制自主運(yùn)動(dòng)的區(qū)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(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過電機(jī)刺激和移動(dòng)手部的肌肉。讓手臂麻木十年的患者實(shí)現(xiàn)了物體的拾取和壓力感知。不過這個(gè)系統(tǒng)不能復(fù)原完整的觸覺。研究結(jié)果發(fā)表在在Cell雜志上。

國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口發(fā)展

近年來，國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口研究也取得了顯著進(jìn)展。例如，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新型卒中人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)“神工一號(hào)”“神工二號(hào)”人工神經(jīng)機(jī)器人。患者將腦電探測(cè)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(jié)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(zhuǎn)換為主動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)康復(fù)。

目前該設(shè)備已通過國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局檢測(cè)，其中的腦電圖儀獲得醫(yī)療器械注冊(cè)證，已經(jīng)在天津市人民醫(yī)院、天津市第一中心醫(yī)院、山東省煙臺(tái)市醫(yī)院等多家三甲醫(yī)院臨床測(cè)試成功，受益患者超過3000人。

常州的博睿康科技也是一家專注于腦機(jī)接口產(chǎn)品研發(fā)的公司，主要通過微創(chuàng)腦機(jī)接入的方式進(jìn)行著癲癇疾病的閉環(huán)治療。目前研發(fā)了三款產(chǎn)品，分別為數(shù)字腦電圖機(jī)、腦電與事件相關(guān)電位儀以及高導(dǎo)聯(lián)數(shù)字腦電圖機(jī)，其中，針對(duì)臨床腦功能監(jiān)護(hù)、精神疾病初篩需求研發(fā)設(shè)計(jì)的醫(yī)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(dǎo)聯(lián)的數(shù)字腦電圖機(jī)在今年9月份相繼獲得了醫(yī)療器械注冊(cè)證。

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腦機(jī)接口是真正意義上的“讀心術(shù)”，除醫(yī)療以外，也引發(fā)了其他領(lǐng)域的強(qiáng)烈興趣，比如情緒識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)等。開個(gè)腦洞想一想，也許在未來，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(xiàn)出來，人們的勞動(dòng)都可以被腦機(jī)接口代替！不過，到底這樣的世界是美好還是恐怖，讓我們拭目以待。