腦機接口（Brain Computer Interface, BCI）是指在人腦與計算機或其他電子設備之間建立的直接交流和控制通道，通過這種通道，用戶可直接通過大腦思維來表達想法或操縱設備。隨著科技的飛速發(fā)展，BCI技術(shù)已經(jīng)從科幻電影走進現(xiàn)實，成為醫(yī)學研究的前沿領(lǐng)域，為輔助癱瘓患者恢復行動能力、治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病等提供了新的可能性。
一、研究進展
腦機接口在醫(yī)療領(lǐng)域的應用是其發(fā)展的第一推動力，目前主要經(jīng)歷了概念探索、科學論證和臨床應用3個階段。1924年，腦電波的首次發(fā)現(xiàn)為大腦研究奠定了基礎。1970年，美國組建團隊開始進行腦機接口相關(guān)研究，各國團隊也相繼開展探索，實現(xiàn)了刺激范式、腦機連接等技術(shù)突破。進入21世紀后，隨著科學論證的不斷完善、神經(jīng)科學與相關(guān)技術(shù)的不斷突破，各國紛紛開展腦機接口的戰(zhàn)略布局，侵入式BCI技術(shù)和非侵入式BCI技術(shù)都有了較大的進展，如2004年實現(xiàn)了通過侵入式腦機接口控制機械臂，2019年非侵入式解碼器將大腦信號轉(zhuǎn)化為語音信號。相關(guān)專利量、論文發(fā)表量呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，涌現(xiàn)了Neuralink等一批初創(chuàng)公司，概念應用產(chǎn)品相繼推出。此外，隨著認知/協(xié)同BCI等新范式的不斷涌現(xiàn)，其應用也從臨床醫(yī)學向娛樂游戲、汽車等多元化領(lǐng)域拓展，逐漸形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。
圖1 腦機接口醫(yī)學應用的發(fā)展歷程
表1 21世紀后腦機接口的國內(nèi)外研究進展
二、應用趨勢
經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，BCI在醫(yī)學領(lǐng)域的應用研究逐步深化，在診療肢體運動障礙、精神疾病、慢性意識障礙等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。
（一）肢體運動障礙診療
BCI技術(shù)通過直接解讀大腦信號并將其轉(zhuǎn)化為外部設備的控制信號，賦予患者與外界互動的新方式，在一定程度上彌補身體功能的損失，改善和提高生活質(zhì)量。
當前的研究和應用多為非侵入式，主要分為輔助性和康復性兩類，是業(yè)界進展相對較快的領(lǐng)域。輔助性BCI著重于替代或增強物理功能，通過捕捉患者的運動意圖，進而控制外部設備如假肢或外骨骼等?？祻托訠CI則專注于通過神經(jīng)康復訓練恢復或改善患者的運動能力，利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，通過重復性刺激來強化神經(jīng)元之間的突觸連接，促進修復。
圖2 腦機接口在肢體運動障礙診療中的應用
（二）慢性意識障礙診療
BCI技術(shù)通過捕捉和分析患者的腦電信號，有效識別和評估患者的意識水平，從而實現(xiàn)對意識障礙的診斷、評定和預后判斷。當前的研究和應用多為非侵入式，在臨床上已有用于昏迷患者促醒治療的案例。
圖3 腦機接口在慢性意識障礙診療中的應用
（三）精神疾病診療
基于算法學習提取的腦電信號特征，能提供遠超其他生理信號的真實、深層情感信息，從而實現(xiàn)對多種情緒的判別和分析。因此，基于腦電信號的神經(jīng)反饋訓練、情感識別研究可用于輔助記憶力喪失、自閉癥等精神類疾病發(fā)病機制的研究和治療。目前國內(nèi)外在將侵入式BCI技術(shù)用于抑郁癥輔助診療方面取得一定研究進展，但尚處實驗室研究階段。
圖4 腦機接口在精神疾病診療中的應用
三、應用挑戰(zhàn)
技術(shù)上仍有諸多局限性。BCI系統(tǒng)在信號采集、識別精度、處理速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和自適應性方面仍存在不足。大腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)極為復雜，對大腦工作機制和反饋刺激的研究還相對有限。人機交互界面操作復雜、訓練周期長，針對不同患者的定制化研究難題亟待攻克。研發(fā)成本高昂、開發(fā)周期長，技術(shù)成熟度和產(chǎn)品化仍有較長距離。
安全和倫理面臨挑戰(zhàn)。統(tǒng)一的BCI基礎理論框架和科學評價體系尚處缺位，面臨知情同意、安全性、隱私、主體性和公平性等倫理問題。侵入式設備的高性能與創(chuàng)傷、出血、感染等腦損傷的高風險難平衡。思想被掃描、讀出和監(jiān)控的邊界尚難界定，存在隱私泄露、黑客攻擊等風險。
跨學科人才緊缺。BCI技術(shù)和產(chǎn)品需要神經(jīng)科學、生理學、計算機科學、生物醫(yī)學工程和材料等多學科支持與協(xié)作，跨學科交叉融合型人才短缺，亟需從學習課程設置、交叉培養(yǎng)與工作實踐等方面予以加強。
圖5 腦機接口技術(shù)研究與應用中存在的問題
四、總結(jié)與展望
在多學科演化驅(qū)動下，腦機接口技術(shù)正不斷從科幻走向現(xiàn)實、從動物實驗走向人體試驗、從實驗室走向臨床和家用、從醫(yī)療領(lǐng)域走向更多領(lǐng)域。未來，腦機接口醫(yī)學應用有望拓展至神經(jīng)退行性疾病診療乃至日常健康管理等領(lǐng)域，但也仍需從以下維度加強引導和支持。
增強醫(yī)療領(lǐng)域應用研究能力。鼓勵科研院校和企業(yè)加快腦機接口前沿技術(shù)布局與探索，持續(xù)推動基礎理論、前沿材料、先進算法等技術(shù)突破，不斷提升腦機接口關(guān)鍵元器件、芯片等關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品的研制水平。
持續(xù)完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)。以醫(yī)療、科研等需求為導向，加強產(chǎn)學研醫(yī)協(xié)同，推動樣本與數(shù)據(jù)的規(guī)范有序共享，打造應用研究-試驗發(fā)展-概念驗證-技術(shù)迭代-產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的良性循環(huán)，提升BCI技術(shù)融合賦能水平。
完善腦機接口產(chǎn)業(yè)法律法規(guī)和技術(shù)標準體系。加快推動腦機接口臨床應用標準建設，建立行業(yè)標準體系。出臺相關(guān)科技倫理審查標準，進一步細化、明確侵入式腦機接口倫理臨床研究審查要點。
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