将极小电极植入人类大脑，利用电流让电脑和脑细胞互动，实现“人脑与机器交互”。瘫痪患者戴上气囊手套，竟然能拿水瓶喝水了。
就在上个月，上海首例脑机接口产品临床试验植入手术引发广泛关注，这也是我国第三例脑机接口植入手术。12月6日，主刀医生、复旦大学附属华山医院院长毛颖首度公开患者术后康复情况，“可以用震撼两个字来形容，患者恢复过程非常顺利，改善十分明显”。
这意味着，上海三大先导产业之一的生物医药产业发展中重要的一块拼图——脑机接口，已跨出坚实一步。
“有时甚至感受不到接口”
脑机接口的植入就像买了台全自动洗衣机，经过指导，患者和家属可以居家操作
38岁的小董四年前遭遇不幸：由于车祸导致颈椎脊髓受损，难以站立，手部也无法抓握。今年11月6日，他的人生因为科技得以扭转。在华山医院虹桥院区，一台意义重大的脑机接口手术历时1小时40分钟顺利完成。术后小董持续随访康复，一个月后惊喜出现：他得以在气囊手套辅助下，顺利举起瓶子，甚至还自己拿着瓶子喝了一口水，动作流畅。
植入小董大脑里的产品，源于博睿康医疗科技(上海)有限公司与清华大学生物医学工程学院洪波团队合作开发的NEO脑机接口产品。这是该产品在全国完成的第三例、在上海完成的首例临床试验植入手术。
上海华山医院的手术用时较前两例手术大大缩短，这与临床全新技术嵌入密不可分。12月4日，华山医院院长毛颖接受采访时告诉记者，“对脑机接口的未来，我们信心十足，首例脑机接口手术比想象中顺利。”
“我们只用了3.3分钟就快速精准地定位了手部运动/感觉脑区，缩短了手术时间。”毛颖解释，“我们应用自主研发的新型定位技术——在线时域空域脑功能定位系统，其定位偏差在毫米级精度范围内，且无须术中唤醒患者。这使得手术定位更加精准便捷、手术精准匹配度更贴切，速度与准确率均大幅提高。”
术后一周，小董顺利回家。清华大学生物医学工程学院洪波团队派出两名工程师，在此后一周内为脑机接口优化调整算法，“每个人的脑部算法各有不同，这一周非常关键，我们采集数据，匹配出最适合患者的算法”。
小董的康复意愿非常强烈，第三周开始接受脑机接口控制，第四周就完全掌握拿水瓶、拿苹果等测试，准确率达80%至90%。康复中的“九宫格”游戏训练，小董完成得也比此前手术的患者更好。“有时我甚至都感觉不到脑机接口的存在。”小董告诉工程师。
从瘫痪到可以举起水瓶子，NEO脑机接口是如何在小董脑内工作的?
12月7日，清华大学生物医学工程学院教授洪波向记者解释：NEO系统采用无线微创技术，体内机埋在颅骨内，电极覆盖在硬膜外(硬膜位于颅骨和大脑皮层之间，起到保护神经组织作用)，不损伤大脑细胞。居家使用时，体外机隔着头皮给体内机供电，并接收脑内的神经信号，传送到电脑或者手机上，借助解码算法实现脑机接口通信。
洪波补充说，通过长期动物试验已验证，NEO脑机接口不会破坏神经组织，信号稳定，由于采用近场无线供电和通信技术，患者体内也无需装电池，“脑机接口的植入就像买了一台全自动洗衣机，经过工程师指导后，患者和家属完全可以居家自己操作”。
工程师进行一周调试后，小董超预期完成第一阶段任务。一般来说，第一阶段康复需要花费1.5个月至2个月，而他只用了1个月。在洪波看来，这与华山医院毛颖团队精湛的手术技巧密不可分，再配合小董强烈的自主意愿，效果十分明显。记者了解到，整个第一阶段康复需要维持3个月，待小董彻底熟练顺利操作后，第二阶段将通过脑机接口开展脊髓神经修复，预计需要6个月至9个月时间。
上海首台脑机接口手术成功，证明了脑机接口在临床上选择合适的病人，应用前景将非常广阔。
实现“一次植入终生可用”
采用“半侵入式”微创技术，采集到的信号强度和分辨率较高，不损伤神经细胞
时光追溯到上世纪末，一部关于脑机接口的科幻电影《黑客帝国》一度风靡全球。电影里，脑机接口技术被描绘成一种可以让人类直接与计算机进行交互的设备。它通过将电极植入大脑，让人类能够感知和控制计算机中的虚拟世界。
十几年后，科幻技术正在走向现实。2016年，马斯克创立研究脑机接口技术的神经连接公司Neuralink，让脑机接口领域备受关注。今年3月，Neuralink发布消息：首位植入“心灵感应”脑机接口产品的瘫痪病人诺兰德·阿博已能通过脑电信号直接控制鼠标，用意念在电脑上下国际象棋、玩电子游戏，并在社交平台X上发帖子。上个月，Neuralink宣布，他们已获准开展脑机接口技术控制机械臂的试验，“这不仅是恢复数字自由重要的第一步，也是恢复身体自由重要的第一步”。在马斯克看来，脑机接口设备今后可治疗记忆力衰退、颈脊髓损伤及其他神经系统疾病，帮助瘫痪人群恢复与外界沟通的能力，甚至重新行走。
脑机接口作为当下生物医药产业最热门的词汇，该怎样理解?
科学家解释，脑机接口是一种在大脑与外部设备之间创建信息通道，实现直接信息交互的新兴技术。它通过记录装置采集颅内或脑外的大脑神经活动，并通过人工智能模型等算法对神经活动进行解码，解析出神经活动中蕴含的主观意图，再输出相应指令，操控外部装置实现与人的主观意图一致的行为，并接收来自外部设备的反馈信号。
“人的大脑能指挥四肢，完成各种感知运动，但如果出现偏瘫，或者像霍金那样患有渐冻症，那么大脑和四肢的通信就发生了障碍。”洪波说，脑机接口就是在大脑和四肢感知运动之间建立一座新桥梁，让这些患者能重新动起来。这个前沿科技领域涉及微电子、人工智能、医学、材料学等多个学科的交叉创新。
就目前来看，脑机接口“技术路线”分为几种：侵入式、非侵入式以及半侵入式。
马斯克Neuralink公司的技术路线是侵入式脑机接口，即通过神经外科手术，将电极等信号记录装置植入硬脑膜(一层附着于颅骨内面的结缔组织膜)下的大脑皮层，进行高通量的神经信号采集。
侵入式脑机接口的优势是电极与大脑的神经元近距离接触，能进行高通量、高质量的神经信号采集；但其风险比另两种技术路线高，存在神经外科手术、植入物放置所引发的长短期安全风险，包括手术过程中和手术后的组织损伤、感染风险，以及脑损伤、炎症反应、骨骼异常生长、电磁辐射等长期风险。
非侵入式脑机接口技术风险很低，但功能有限。其产品形态通常是穿戴式设备，将采集脑电信号的电极附着在头皮上，提取神经元活动混合并经过颅骨衰减后的信号，精度较低。
洪波团队采用的是第三种技术路线——“半侵入式”微创技术。即通过微创手术，将硬币大小的电极植入颅骨下、硬脑膜外的部位，这里距大脑神经元很近，但不直接接触神经元细胞，采集到的信号强度和分辨率较高，且不存在损伤神经细胞、引发免疫反应的风险。专家解释，由于使用无线供电和通信系统，NEO的电池不需要植入大脑，在避免感染风险的同时，实现“一次植入，终生可用”。
明年开展较大规模临床
今后临床还将与产业结合，在语言解码、语言重建、意识理解、意识恢复等方面打开局面
上海正在建设具有全球影响力的科创中心，加快未来产业培育。两年前，《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》发布并提出：要加速“非侵入式”脑机接口技术、脑机融合技术、类脑芯片技术、大脑计算神经模型等领域突破，探索脑机接口技术在肢体运动障碍、慢性意识障碍、精神疾病等医疗康复领域的应用。
“可以说，脑机接口是多个领域共同的切入口。”毛颖表示，而今电极产业发展突飞猛进，材料学研究持续深入，脑机接口“嫁接”这些产业，不仅能解决实际问题，更对技术开发、临床转化，具体到研发植入材料安全性、研究信号采集有效性、算法的完善、流程的整合等一系列环节均有极大帮助。基于此，作为未来产业之一的脑机接口，成为上海三大先导产业——集成电路、生物医药、人工智能共同的交集。脑机接口产品的电极需要集成电路技术，研制出可植入大脑的医疗器械需要生物医药技术，采集到的脑电信号则需要人工智能技术解码。
上海在脑机接口领域的布局正持续完善。
2020年，陈天桥雒芊芊脑科学研究院(TCCI)第一个脑科学前沿实验室，在上海华山医院虹桥院区落成投用。实验室包括脑机接口、睡眠梦境、认知评估、数字医疗等多项内容，以国际化和产业化为核心特色，进一步支持脑科学研究。
今年5月，复旦大学批复成立神经调控与脑机接口研究中心。中心旨在服务神经调控与脑机接口领域国家重大交叉融合战略需求，打造神经调控与脑机接口原理探索、颠覆性技术突破与医疗健康应用新质生产力创新引擎。据了解，中心依托类脑智能科学与技术研究院，联合脑科学转化研究院、脑科学研究院、大数据学院、集成芯片与系统全国重点实验室、附属华山医院、附属儿科医院7家单位共同建设。
记者从市科委了解到，上海积极推进脑机接口前沿技术创新，至今已孵化落地包括博睿康、脑虎科技、阶梯医疗等创新型企业，分别在侵入式、半侵入式“赛道”形成产品。近两年，成立于2021年的博睿康医疗科技(上海)有限公司发展迅猛、崭露头角。市科委相关负责人表示，此次通过脑机接口创新产品的临床试验，博睿康完成“从0到1”的重要突破，这也证明“微创半侵入式植入”是一条安全、有效的技术路线。
博睿康创始人胥红来来自清华大学，作为脑机接口链主企业，企业在该领域深耕，技术层面从非侵入式迈向半侵入式，产品层面则从脑科学研究拓展到临床诊疗与康复。过去两年，销售和研发均取得重大突破。
“NEO脑机接口产品就像一个小小的硬币，我们在五年时间里反复迭代近10个版本，都是在张江科学城完成的。从产品迭代到动物实验，再到临床试验的伦理审批，将产品用于脑外伤引起的脊髓损伤患者，一路走来非常不容易。”洪波说。
以脑机接口植入手术成功作为新起点，科学家携手探索已经起步。毛颖表示，“我们希望经过多次磨合，能为临床与产业相互协调培养一支非常好的队伍。后续随着新型脑内植入物不断革新，脑内多个功能也将逐步被更好地理解”。
目前脑机接口手术康复只做了患者手和肢体运动，今后临床还将与产业结合，在语言解码、语言重建、意识理解、意识恢复等多个脑功能解析打开局面。临床的目标与产业的目标高度契合。
洪波还透露，预计明年博睿康将开展较大规模的临床试验，计划在全国约10个临床中心完成30至50例脑机接口植入手术，争取让这款医疗器械早日获批上市。如今，企业还在开发第二代产品，更高密度、更高通量的电极，以便覆盖更广泛的脑功能区，解码精细运动和语言等。今后，相关系统产品不仅能帮助患者完成基础动作，比如吃饭、喝水，甚至能帮助他们进行写字、弹琴等精细的运动控制。
“目前，脑机接口在神经信号采集、无线供能和通信方面缺少成熟的芯片解决方案，我们计划与上海顶尖的半导体设计高校和企业合作，从底层提升系统性能，进一步强化关键技术的国产化能力。”胥红来说。(记者 顾泳 俞陶然)
