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医学与科技的完美融合，让不可能成为可能！
撰稿：静心
审核专家｜樊嘉 院士
近年来，脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）作为神经科学与信息技术的交叉领域，正逐渐展现出其改变人类生活方式的巨大潜力。而上海市医学会作为国内医学领域的权威机构，长期致力于推动医学科学的进步与发展，其发布的学术成果在业界享有盛誉。
为此，“医学界”携手上海市医学会和《上海医学》杂志共同策划本期“院士论坛”栏目，深入解读樊嘉院士发表的《脑机接口的临床应用及展望》一文，旨在帮助更多读者深入了解BCI的最新进展与趋势，共同见证并期待其在医学领域的广泛应用与未来发展。
图1：文章发于《上海医学》杂志
BCI技术是一种通过在大脑特定区域微创植入电极的方式，精准采集大脑的运动信号，并将这些信号转化为电刺激，直接作用于受损脊髓下方的神经组织。这种创新的“神经旁路”技术，成功地绕过了受损的神经传导通路，为脊髓损伤患者提供了新的治疗途径。
从传统分类来看，BCI技术主要分为侵入式和非侵入式两大类。侵入式BCI需将电极或传感器植入大脑或神经组织，如基于皮质脑电图（ECoG）BCI、微电极记录BCI等。2024年1月30日，Neuralink公司的首例人类大脑侵入式BCI植入手术的成功标志着该技术的重要临床突破。
而半侵入式BCI，如硬膜上ECoG，虽然未与脑神经元直接接触，但仍具有独特的临床价值。2024年1月31日，首都医科大学宣武医院与清华大学医学院合作，成功完成了全球首例无线微创硬膜上BCI（NEO）植入试验，拓宽了BCI的临床应用。
非侵入性BCI则通过头皮电极阵列采集脑电信号，如脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）等，在脑卒中康复中效果显著，能改善亚急性或慢性脑卒中患者的上肢功能。此外，介入式BCI作为一种新型技术，介于侵入式与非侵入式之间，通过微创介入手术将介入脑电传感器贴附于脑血管壁，采集相应脑区的神经信号，创伤小且信号质量高。美国Synchron公司的Stentrode支架作为介入式BCI的代表，已完成安全性验证，并正在进行疗效验证，预示着介入式BCI技术的广阔临床应用前景。
融合AI，BCI技术飞跃！
樊嘉院士在文中指出，BCI技术实施的关键之一是获得脑部信号并进行解析。为了达成特定的神经功能解析或功能恢复目标，研究者们设计了多种实验方法和技术流程。这些设计范式种类繁多，常用的包括运动想象、稳态视觉诱发电位、听觉诱发电位、P300 BCI刺激范式以及多模态联合范式等。
随着AI技术的飞速发展，其在BCI领域的应用显著提升了系统的准确性和可靠性。2025年3月6日，加州大学旧金山分校的研究人员在《Cell》上发表了一项重要研究[2]。该研究通过植入大脑皮层表面的BCI设备，使四肢完全瘫痪者能够仅凭意念控制机械手臂，完成拿起、移动和放下物体的动作。
尤为值得一提的是，该设备在无需调整的情况下，创纪录地连续工作了7个月。这一脑机接口依赖于一个AI模型，当用户在大脑中想象重复某个动作时，该模型能够适应大脑中发生的细微变化，并以更精细的方式执行这一动作。AI算法能够适应用户大脑信号随时间的变化，减少了频繁校准的需求，使得AI-BCI系统对用户更加友好，更适合长期使用。
BCI技术还通过操控外骨骼、电子眼等外联设备，实现了对人类脑功能的恢复或增强。目前的研究主要集中在对手机和电脑控制、对机械臂控制以及语言输出这三大应用场景。以上肢功能恢复为例，多个研究团队已开发出BCI控制的机器人臂，能够成功完成伸手、抓握等动作。
为了提升皮肤的触觉反馈，以更好地协助上肢运动并模拟真实的反馈环路，研究者们提出了双向BCI技术。这种技术通过解码神经记录中的运动意图来控制上肢的机器人假肢，同时通过皮层刺激引发触觉感觉，使受试者的任务完成效率接近正常人。
除了与外联设备相连，BCI的理念也被应用于脑脊髓接口，以促进脊髓损伤患者行走功能的恢复。通过WIMAGINE植入物（由法国CEA实验室和格勒诺布尔大学医院共同开发）在硬膜外收集感觉运动皮层的皮质电图信号，并结合脊髓硬膜外刺激的脑脊髓接口，研究者们成功帮助脊髓损伤患者恢复了连续、自主和稳健的行走控制能力。
BCI解锁临床新可能，筑梦医疗新未来！
BCI技术经过国内外科研团队多年的持续努力，已取得了显著进展，尤其在医疗领域，其应用潜力不断凸显。目前，这项技术主要应用于神经系统疾病的治疗与康复，对癫痫控制和脑卒中后的功能恢复起到了关键作用。随着AI技术的融入和算力的提升，BCI技术迎来了新的发展契机。
在临床实践中，BCI技术有效促进了脑卒中瘫痪患者和脊髓损伤高位截瘫患者的功能康复，极大地提升了患者的生活质量。同时，它还将运动神经元病患者的脑电信号转化为键盘代码，传输到目标设备，生成文字和语音文本，使患者能够与外界进行顺畅的沟通交流。对于闭锁综合征、最小意识状态等患者，BCI技术能够准确分类判断其意识状态，为意识障碍的诊断与评定提供有力依据，甚至帮助患者实现与外界的互动。
在认知障碍的诊断与治疗方面，BCI技术也发挥了重要作用。它不仅能诊断不同病因导致的认知障碍，还能促进神经元和神经胶质反应以改善阿尔茨海默病的病理表现，通过神经反馈训练，提升此类患者的注意力、视觉感知、情感调节和语言能力。同时，BCI在癫痫领域的应用也十分广泛，能够预测癫痫发作、定位癫痫病灶，并评估患者的术后疗效。
然而，BCI技术在医疗领域的应用仍面临诸多技术与伦理挑战。数据传输和存储的安全问题不容忽视，必须确保收集的数据仅用于医学研究，防止被窃取、滥用或泄露。无线技术的应用虽然提升了BCI的便携性，但信号传输的安全性仍需进一步加强。侵入式BCI虽然能获得高质量的脑部信号，但存在感染、颅神经损伤等风险，需要多学科团队共同制定术前植入计划。此外，电极材料的组织兼容性、电信号稳定性以及微电极位移等问题也是当前亟待解决的技术难题。
为了推动BCI技术的稳健发展，樊嘉院士在文中指出，需要建立完善的技术转化制度和上市后监管框架，促进技术的商业化和临床应用。同时，规范化的临床试验研究和效果鉴定也是当前亟待解决的问题。鉴于患者神经环路的损伤及个体心理存在差异，BCI临床试验设计应充分考虑个体差异，开发个体化的解决方案。
为此，复旦大学附属中山医院建立了神经心理影像智能工程实验室，积极探索BCI技术在脑疾病及脑健康中的应用场景。医院自主开发的基于无创脑电图的BCI技术和步态检测医疗机器人等创新技术，为医疗服务创新提供了有力支撑。
来自广东的林先生，因不慎从高楼跌落导致胸椎骨折及双下肢截瘫，曾陷入绝望。然而，2025年初，他的命运迎来了转机。林先生成为复旦大学附属中山医院汪昕教授、丁晶教授与复旦大学类脑智能科学与技术研究院加福民老师团队联合开展的一项重要临床研究——《脑控闭环硬膜外电刺激用于脊髓损伤后下肢瘫痪患者的安全性和有效性》的首例受试者。
在复旦大学附属中山医院领导和各级部门支持下，多学科临床团队与研发团队携手为林先生制定了一套全球首创方案：一次性立体定向颅内电极置入术与脊髓神经刺激电极置入术，仅用时2h便成功实施。术后，林先生迅速恢复了下肢运动能力，迈出了自主行走的第一步。这不仅让林先生重获新生，更标志着该研究在微创脑脊接口技术上的重大突破，创造了全球首例完全截瘫患者恢复站立行走的医学奇迹。
展望未来，随着技术的不断成熟和普及，BCI技术必将助力临床医师和健康从业者提供更加优质、高效的医疗卫生服务。
注：以上内容改编自：樊嘉.脑机接口的临床应用及展望[J].上海医学,2024,47(04):195-198.
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参考文献：
[1]樊嘉.脑机接口的临床应用及展望[J].上海医学,2024,47(04):195-198.
[2]Natraj N, Seko S, Abiri R, et al. Sampling representational plasticity of simple imagined movements across days enables long-term neuroprosthetic control[J]. Cell, 2025, 188(5): 1208-1225. e32.
责任编辑：梦琳
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