引言
什么是「脑机接口」？ 因何成为医疗行业关注焦点？ 从研发到落地有多远的路要走？前言
被全球脑科学家关注的脑机接口技术，正逐渐成为全球领域的新风口。什么是脑机接口？脑机接口因何成为医疗行业关注焦点？从研发到落地还有多远的路要走？其中有何难点？作为新兴而神秘的赛道，各国探寻的脚步从未停歇。
●2019年，科技狂人埃隆·马斯克创办的Neuralink布局脑机接口的研发和动物实验，2022年，美国FDA以安全性为由拒绝马斯克的Neuralink脑机接口人体试验申请。
●2022年7月，作为Neuralink公司的竞争者，Synchron完成美国首例在患者体内植入脑机设备的手术，将一个1.5英寸的装置植入肌萎缩性嵴髓侧索硬化症患者的大脑。
●2022年9月，世界人工智能大会上，脑虎科技对外发布“脑机接口集成式颅顶半植入医用级BCI产品”，系国内脑机接口(BCI)领域首个半侵入式设备。
●2023年5月，全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功，试验在猴脑内实现介入式脑机接口脑控机械臂。
火到出圈的神秘赛道
近年来世界多国相继提出人类脑计划，抢占全球科技竞争战略高地，我国“十三五”“十四五”中也将“脑科学与类脑研究”列为规划重大科技创新项目和工程之一，但我国脑机接口起步相较于以美国为首的西方国家更晚。
脑机接口（Brain-Computer Interface,BCI），是一种在脑与外部设备之间建立通信和控制通道，用脑的生物电信号直接操控外部设备，或以外部刺激调控脑的活动，从而增强、改善和延伸大脑功能的技术。主要分为三种——侵入式、非侵入式、介入式，其主要包含信号采集、信号处理、信号执行、神经反馈四个功能模块。
△侵入式通常需行开颅手术，将电极植入大脑皮层采集脑电信号，易引起人体排异反应、技术难度大、技术壁垒较高，但采集信号质量高。
△非侵入式只需在头皮穿戴信号采集设备，对人体伤害较小，技术难度较低，但弊端是很难实现脑电信号的持续、稳定及精准捕捉。
△介入式作为完全侵入式和非侵入式之间的折中选择，是通过微创介入方式，将血管穿刺小口，通过类似心脏支架的微创手术实现脑机连接。
目前布局非侵入式技术企业较多，2020年非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。而鉴于侵入和非侵入各有弊端，微创介入式的脑机接口技术有望为后续技术发展带来更多可能。
2023年5月5日，全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验（南开大学牵头，与中国人民解放军总医院（301）、上海心玮医疗联合完成）就是通过介入手术将介入脑电传感器贴附在猴脑血管壁上，无需开颅手术即可采集到颅内脑电信号，较于传统侵入式和非侵入式脑机接口，介入式脑机接口创伤较侵入式更小，信号质量较非侵入式更高，兼顾了安全性与识别稳定性，此次试验的成功是介入式BCI的里程碑事件。
介绍了脑机接口的种类，那么脑机接口能用于哪些医疗领域呢？
医疗领域仍是主战场
脑机接口依然处在“蓄力期”，除了娱乐、教育等领域外，医疗健康领域是脑机接口最初、最直接和最主要的也是目前最接近商业化的应用领域，占当前脑机接口技术的市场规模比率达62%。脑机接口技术可将脑电信号转换为控制指令，进而帮助运动功能障碍患者，与外部设备交互，提升生活质量，脑机接口具备监测、改善/恢复、替代和增强四大功能，除用于脑部疾病外，脑机接口还可治疗抑郁症、多动症、自闭症、癫痫等疾病，及疾病的康复治疗，主要应用领域有：
1）精神疾病：抑郁症、强迫症、精神分裂
2）神经类疾病：癫痫、失眠、语言障碍、多动症
3）肢体运动障碍：渐冻症、重症肌无力、脑卒中、癫痫、视障患者、听觉缺陷人群等
4）慢性意识障碍：阿兹海默症、渐冻症、植物人、帕金森
创新企业纷纷布局
2015至2022上半年，国内脑机接口行业共37家企业获得融资。国外的研发厂家以Neuralink、Synchron、BrainGate、Blackrock Neurotech、ClearPoint Neuro、NeuroPace等为主，国内布局的企业也日趋增多，以博睿康、脑虎科技、强脑科技、宁矩科技等为代表。由于脑机接口技术的发展路径不相同，中国以非侵入式脑机接口企业为主，美国以侵入式脑机接口企业为主。
产品市场准入难点
侵入vs非侵入的选择
精度与安全是脑机接口的两难选择，是脑机接口技术的核心挑战。蛋壳研究院指出，侵入式BCI技术当前面临电极在体工作寿命短、植入创伤大、信息采集带宽不足三大技术困境，如何解决植入电极后信号衰减、最大限度避免芯片植入对大脑的损伤、采集到更多神经元信号，是侵入式BCI目前面临的技术瓶颈。对于非侵入式BCI技术，设备轻便易于佩戴至关重要，无创脑机电极需兼顾电特性/舒适性/便捷性。
电极的发展方向
传统用于信息获取感知单元的刚性接口硬件信号不稳定、易引起脑组织炎症反应，已经难以满足需求。与之相比，柔性电极能紧密地与生物组织融合，从而快速交换神经信息、运动信息和环境信息等，是未来重点发展的技术方向（基于蚕丝蛋白、超软水凝胶的柔性电极）。柔性电极依据安放位置可分为颅内电极和颅外电极，颅内电极可以分为侵入式和半侵入式电极；颅外电极可以分为干/半干/湿电极。
临床适应症的选择
BCI产品适应症的选择是很多企业关注的问题，也是目前行业难点。从研发到临床试验，厂家可选择国内外已进入临床试验的疾病领域，如阿尔茨海默病（AD）、癫痫、渐冻症、抑郁症等，便于后期注册审评时有经验可循，执行时可侧重于有丰富经验的三甲医院，如承接过难治性抑郁症临床研究的上海瑞金医院、拥有浙江大学脑机接口临床转化研究团队的浙大二院、作为国家神经疾病医学中心并较早启动脑机接口研究的北京宣武医院等。若是新兴领域，在试验前需充分调研该疾病在脑机接口治疗的预后效果、实施难易程度、患病人群数量等因素。目前头部厂家比较关注的适应症还有脊髓损伤、脑干卒中、肌萎缩侧索硬化（渐冻症）等等。
研发技术挑战
亿欧研报指出，国内基础科学相对落后，底层的技术仍是来自欧美，很多底层的算法仍然把握在欧美手中，脑电信号的有效采集技术待突破，由技术到环境的壁垒仍存在，包括非线性和非平稳性、工程技术难题、信号传输率、信号处理、训练集、数据分析方法、绩效评估指标、BCI系统的低ITR、专门为 BCI技术分配的实验室。
跨学科型人才难寻
大脑机制过于复杂，生物学的研究仅占脑机接口技术的一部分，更多脑部未解之谜还需神经学科、医学、计算机、电子信息科学等更多学科人才加入才能全面推进，全球知名学府相应开设脑机研究专业或项目为将来的发展提供人才储备，目前中国缺失脑机领域的复合型人才，若想迎头赶上则在该领域还需加大投入力度。
动物实验伦理规范
动物实验是脑机接口进入临床前关键的一步，通过动物实验可在一定程度上获得安全性和有效性的数据。进行动物实验需遵循伦理规范和动物保护法律法规，在保证实验数据准确性的前提下，尽可能的减少动物使用数量及动物的疼痛最小化。目前针对脑机接口动物实验的伦理规范尚未建立，因此需完善此方面的政策法规。
临床试验执行规范
脑机接口技术需要大规模的临床试验和更加严谨的规范来推动其顺利落地应用，依据影响医疗器械风险程度的因素、风险程度高低两类判断标准，目前，脑机接口临床试验规范还需要更加完善和细化，例如脑机接口临床准入细则、数据采集、处理、分析以及治疗效果评估等等方面的指导，以确保在脑机接口产品的开发和推广过程中不会出现安全隐患。《医疗器械分类目录》规定脑机接口设备的分类监管要求如下：
美国食品药品监督管理局（FDA）发布的《用于瘫痪或截肢患者的植入式脑机接口（BCI）设备的非临床和临床考虑因素—FDA工作人员指南》中也对植入式BCI医疗器械在申请临床研究性器械豁免（IDE）或注册上市的预提交阶段提出了可借鉴的一般性建议，但我国药监局尚未发布类似指南，许多专家呼吁建立脑机技术的标准和数据规范，以促进研究与行业有序发展。
结语
脑机接口作为当今科技领域的重要支柱，目前还处在探索阶段，许多技术和伦理问题尚待解决，实现广泛应用仍需克服包括技术研发、安全性、法规伦理以及成本可及性等在内的众多挑战，相信随着脑研究的不断深入，脑机接口有望带来革命性的变革，未来脑机接口在医疗领域的应用前景值得期待。
