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导语
从“替代”到“修复”:植入式脑机接口,正在尝试让患者自己的手重新动起来。
屏幕上,一枚枚国际象棋棋子被选中,随后移动到棋盘上的另一个位置。完成这一系列操作的,是一名瘫痪患者的大脑信号。
这是2024年埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink公开的首位受试者的画面场景。患者在大脑中植入脑机接口后,可以通过神经信号控制电脑光标、下国际象棋,玩电子游戏。
这是脑机接口在公众面前最常见的叙事之一:脑机接口读取并解码大脑产生的神经信号,将其转化为外部设备能够执行的指令,让患者重新获得部分与外界交互的自主权,替代受损神经系统无法完成的部分功能。
对于微灵医疗来说,他们正尝试把植入式脑机接口用于更广泛的脑医学场景。从神经信号的采集和解码,到神经学习、环路重塑,再到探索功能重建,体现了微灵医疗脑机接口研究目标的不断延伸。
如何让脑机接口帮助患者恢复运动?
脑机接口首先是一种认识和研究大脑的工具。
在早期的脑科学研究中,科学家会通过植入电极记录特定脑区的神经活动,研究信号与人体运动等功能之间的关系。随着研究的深入,大脑的神经活动也逐渐被解码,科学家开始能将神经活动中的运动意图信息转化为控制外部设备的指令。
在研究中,大脑的学习能力也逐步被发掘。当一个人尝试通过脑机接口控制电脑光标时,相关神经网络也需要经过学习和训练,才能逐渐实现更稳定的控制。这意味着,大脑能够通过学习形成新的控制关系,神经网络的功能也具有一定的可塑性,这为探索受损神经功能重建的可能。
由此,脑机接口也逐渐被应用于神经康复研究。
图1 医学脑机接口中功能替代与功能修复相结合的临床应用 (a) 临床使用的半侵入式与侵入式脑机接口; (b) 短期层面:脑机接口采集、解码脑信号,驱动康复手套、外骨骼等外部效应器,实现部分运动功能替代,依靠外部设备代偿受损的躯体功能; (c) 长期层面:半侵入式脑机接口利用闭环体感反馈、神经刺激等多种反馈模式,持续调控脑机效应器环路,促进残存功能脑区以及相关中枢神经网络发生重组,实现机体自身功能的部分修复。
从技术路径上看,脑机接口的功能替代与功能修复有着不同的目标。
前者通过采集、解码患者的神经信号,将运动意图转化为外部设备的控制指令。即使患者无法自主活动肢体,也可能通过脑机接口控制电脑光标或机械臂,完成部分操作。但这种能力依赖外部设备。
后者则希望恢复患者自身的运动能力。人体神经系统受到损伤后,部分残存的神经网络仍可能通过学习和训练发生功能重组,代偿受损的部分功能。电极既要有覆盖范围,也要有空间分辨率,这两件事决定了能康复到什么程度。
微灵医疗的发展历程与技术研发路线
微灵医疗成立于2019年,专注于医疗级植入式脑机接口技术的研发。微灵医疗的创始人李骁健毕业于中国科学院生物物理研究所,长期从事神经信号采集与解码以及神经环路解析等研究工作。
微灵医疗创始人 李骁健
在李骁健看来,脑机接口可以通过控制外部设备实现功能替代,它让脑机接口从实验室走到了患者面前。如今他还想探索,能否通过脑机接口的神经修复功能,使患者自身获得相对持久的改善。
对于神经功能受损的患者来说,这一研究方向提供的可能是:除了通过脑机接口操纵外部设备,还能否通过干预和持续训练,促使残存的神经网络建立新的功能。
2023年,微灵医疗先后完成两轮数千万元融资,累计融资额接近亿元。根据当时披露的信息,融资主要用于全植入式医疗级脑机接口系统研发,包括高密度柔性电极阵列、神经信号采集与处理系统、神经电子芯片等核心器件,以及相关技术验证和临床研究。
2026年8月,微灵医疗再次宣布完成超亿元融资,由君重资本领投。本轮资金将主要用于推动植入式脑机接口核心产品的临床验证、医疗器械注册申报及生产制造体系建设。
随着资金和研发资源逐渐增加,微灵也开始推动研发成果向临床应用迈进。另外,微灵还需要思考如何采集受损神经系统的信号,怎样利用这些信号引导康复训练,以及如何长期、稳定地记录相关神经活动等等。这也决定着微灵在植入设备和训练方式上作出相应的技术选择。
一个案例,讲清楚什么是“可引导的神经重塑”
神经可塑性并不是脑机接口独有的机制,传统康复训练同样利用神经系统的学习和适应能力,帮助患者恢复功能。
微灵医疗希望利用植入式脑机接口采集患者的运动相关神经信号,并通过针对性的训练和反馈,引导相关神经网络发生功能重塑,促进患者自身运动能力的恢复。
在李骁健看来,植入式脑机接口的价值,在于有机会让训练过程变得更加精准和具有针对性。
“我们讲的是可引导的神经重塑。”李骁健说,他将植入式脑机接口比作一名“私人教练”,“这是一个将有潜力的小运动员逐渐培养成世界冠军的过程。”残存的神经网络就像具备一定潜力的运动员,脑机接口则试图通过针对性的训练,引导其逐步建立新的功能联系。
微灵医疗Ⅰ型全植入式脑机接口微系统
不过,恢复自身功能是一个循序渐进的过程。相比经过一定训练便可能实现简单外部设备控制的功能替代,神经功能修复需要持续训练,运动能力也往往只能逐渐改善。修复的效果同样受到患者残存功能神经网络的限制。
这也是微灵医疗希望将功能修复与功能替代结合的原因。神经功能修复训练对患者的认知和体能有一定要求,难以全天持续进行。而在康复早期,即便患者逐渐恢复部分肢体活动能力,也未必能够完成日常操作。
因此,按照微灵医疗的设想,患者每天可以进行一定时间的修复训练,在其余时间通过脑机接口控制电脑光标等外部设备,完成部分交流活动。
在硬件上,微灵医疗也选择了更适配其技术目标的柔性薄膜皮层电极。
微灵医疗采用薄膜电极与较密集的电极触点,是希望在贴合脑皮层的同时,提高神经信号采集的空间分辨率,以便采集相关神经活动。同时,设备还要兼顾控制外部设备所需的信号解码能力。
2026年6月,微灵医疗与合作医院为一名严重脑损伤患者植入了全植入式脑机接口系统。
微灵医疗全植入式脑机接口系统
据公司此前披露,该患者因脑干出血导致闭锁综合征,全身瘫痪、无法言语,只能通过微弱的眼球活动与外界交流。接受脑机接口治疗前,患者已因疾病长期卧床约一年半。
在植入设备后,患者开始接受脑机接口辅助康复训练。经过约三个月的训练,患者左手手部FMA评分(Fugl-Meyer运动功能评定量表)从0分提升到14分,左手可以徒手做出各种手势,也能抓住水瓶并抬起手腕。与通过脑信号控制外部设备不同,这些变化发生在患者自身的肢体上,脑机接口正在帮助患者重新获得部分自主运动能力。
评分改善验证患者重获部分自主运动能力
虽然用脑机接口促进神经功能修复,仍处于技术完善与临床验证阶段。但在李骁健看来,“我们不仅希望通过脑机接口恢复患者本体运动功能,更希望随着技术发展,不断探索人脑本身潜能可被挖掘、提升的广阔空间。”
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