腦機接口 “破壁”：技術突破與風險的博弈

澎湃新聞記者季敬杰

2025-04-01 07:09

來源：澎湃新聞

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·對于那些可能有機會參與臨床實驗乃至在未來使用商業(yè)化產(chǎn)品的患者來說，可能需要更多了解腦機接口的原理與風險，才能更好地平衡自己的期待，既不過于懼怕，也不過度神化。

2024年11月6日下午2點多，董先生被推進手術室，準備接受人生中第一次開顱手術，在顱骨內(nèi)植入一款硬幣大小的腦機接口設備。4年前于一場車禍中脊髓損傷而癱瘓的他，在嘗試各種療法康復無果后，決定成為這項前沿技術的臨床試驗受試者。

通過采集大腦中的電信號，腦機接口設備能讓佩戴者用“意念”操作電腦乃至機械手臂。對于脊髓損傷一類的患者來說，這種意念反饋訓練也可能有助于神經(jīng)功能的重塑。盡管被告知手術存在風險，董先生依然決定抓住這次實驗的機會，希望能夠收獲一些治療效果，“哪怕能讓胳膊動一動”。

國內(nèi)腦機接口正全面進入臨床驗證階段。根據(jù)公開報道，中國在去年和前年有超過5名患者在研究者發(fā)起的臨床試驗（IIT）中接受了侵入式腦機接口手術。相關企業(yè)均表示正在推進更大規(guī)模的試驗。

更多像董先生這樣的患者將獲得參與腦機接口試驗的機會，他們需要在安全性與治療收益之間做出抉擇：在腦袋里植入這樣的設備，到底安不安全？

全球已有近百名患者參與了腦機接口實驗

在我們從事不同活動時，比如思考不同事情、看向不同位置時，大腦中神經(jīng)元釋放的電信號也會呈現(xiàn)出不同的模式，將這些模式記錄并傳輸給計算機，根據(jù)解碼的信息進行控制、反饋等操作，這是腦機接口（Brain-Computer Interfaces，BCI）的基本原理。

我們的腦袋大致由頭皮、頭骨、腦硬膜和腦組織構成。若要獲得更真實、更清晰的信號，如同“在內(nèi)場看球賽”，最好的選擇是將采樣電極通過開顱手術放置在特定區(qū)域（如負責感覺與運動的腦區(qū)）的腦組織中，這就是“侵入式”腦機接口（invasive BCI）。

與只需要在頭皮上貼電極的非侵入式腦機接口相比，侵入式的風險首先體現(xiàn)在手術上。開顱手術可能導致術后感染與顱內(nèi)出血，如果要切開硬膜放置電極，還可能出現(xiàn)腦組織損傷、腦脊液漏等風險。

隨著影像技術和微創(chuàng)技術的發(fā)展，開顱手術本身的風險正在降低，而醫(yī)學界對于在大腦中植入電極等設備的手術實際上也有數(shù)十年的積累。如在1980年代，科學家們已經(jīng)在深腦刺激療法（DBS）中使用電極植入調(diào)控帕金森患者的神經(jīng)活動，到今天已經(jīng)有非常成熟的產(chǎn)品。

然而，以“采集信號”為主要目的的腦機接口與以往的植入設備有顯著不同，采集更多、更清晰的信號往往意味著更多的電極更深地刺入腦中。2004年，美國的一名癱瘓患者馬修·內(nèi)格爾（Matthew Nagle）成為了第一個腦機接口植入者。這款接口使用的是一種被稱為“猶他”的刺入式電極陣列，由96根硅質(zhì)電極針組成。這些電極被放置在內(nèi)格爾的運動皮層中，并通過頭骨上的接口與外面的計算機相連。

電極刺入腦組織中，可能位移甚至折斷，不可避免地使神經(jīng)受到傷害。這些可能引發(fā)感染等免疫反應，對使用者的健康造成風險。此外，如果電極與外部設備通過有線方式來連接，可能增加頭皮感染的可能性。

從馬修·內(nèi)格爾開始，全球已經(jīng)有近百名患者參與了腦機接口實驗，早期參與者甚至組織了一個叫做“腦機接口先鋒聯(lián)盟”（BCI Pioneers Coalition）的網(wǎng)絡社區(qū)。根據(jù)公開報道，目前還沒有出現(xiàn)侵入式腦機接口造成嚴重痛苦甚至危及生命的案例。

一篇于2025年1月發(fā)表在《自然綜述·生物工程》（Nature Reviews Bioengineering）上的綜述論文總結了1998年至2023年全球范圍內(nèi)侵入式腦機接口的臨床試驗進展。在這25年間，共有67名脊髓損傷、神經(jīng)元疾病與中風患者植入了腦機接口，年齡范圍在22歲到72歲之間，設備留存平均時長為40.2個月，最長達8.5年。這些患者身上均沒有觀察到腦機接口的嚴重副作用。

更高的安全性關系到腦機接口能否真正成為一項普惠性技術。在近期的發(fā)展中，科學家與工程師們一直在嘗試提升這些侵入式電極的生物相容性。馬斯克的Neuralink公司使用了一種更細、更柔軟的柔性電極。上海腦虎科技有限公司（以下簡稱“腦虎科技”）創(chuàng)始人陶虎告訴澎湃科技，柔性電極刺入柔軟的腦組織中，依附性會更好，不容易位移。深圳微靈醫(yī)療科技有限公司（以下簡稱“微靈醫(yī)療”）則使用了一種薄膜電極技術，將柔性電極薄膜直接貼在腦組織上，避免了刺入的傷害。

除了在電極材料上進行優(yōu)化之外，電極的通道數(shù)以及隨之而來的設備功耗、損耗等問題也被研發(fā)者們整體考量。微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健表示，目前從事腦機接口研發(fā)的多為小型初創(chuàng)團隊，在整個行業(yè)生態(tài)尚未建立、療效與風險還在探索階段時，應更加注重腦機接口的安全性問題。

董先生植入的設備由博睿康醫(yī)療科技（上海）有限公司（以下簡稱“博睿康”）與清華大學生物醫(yī)學工程系洪波教授團隊合作研發(fā)。這款腦機接口并不刺入腦組織，而是放置在硬膜之外，且通過無線的方式與外部設備通信。他說，腦機接口裝上以后，沒有特別的感覺，“就像沒有裝一樣”。

平衡風險、療效與期待

上海大學特聘教授肖峰從事信息技術哲學方面的研究。他提到：“腦機接口技術，包括任何技術，要做到絕對的安全是不可能的，但維持一定的安全系數(shù)，在風險和收益之間使收益從總體上遠高于風險，是基本的原則。”

目前腦機接口在治療方面的應用大致有功能替代和神經(jīng)修復兩個方向，前者指患者通過腦機接口操縱電腦、輪椅、機械手等設備，讓它們成為自己肢體的替代。而后者則是通過腦機接口的訓練來幫助神經(jīng)功能進行修復。這些效果離實現(xiàn)還有很長的距離。

博睿康創(chuàng)始人胥紅來說，臨床試驗機構招募患者參加腦機接口臨床試驗是一件比較困難的事情。“很多人第一次聽說這個東西，以前沒有過，沒有示范效應，大家都覺得肯定有風險，也不知道腦機接口到底能做什么。很多來參加的患者是有為科學做貢獻的精神。”

隨著近年來逐漸有了第一批“吃螃蟹”的人現(xiàn)身說法，感覺招募開始變得容易了一些，“風險變低了，康復的遠景在這里。”

通過使用腦機接口操縱氣動手套的訓練，董先生意外地發(fā)現(xiàn)原先無力的手漸漸開始能夠抓握，癱瘓的下半身也開始恢復知覺。他因此深受鼓舞，“睡得香了，吃得也多了”。

胥紅來介紹，這可能是因為神經(jīng)存在可塑性，當大腦通過腦機接口重新學習肌肉控制，并通過機械手套獲得真實反饋的時候，就形成了新的連接方式，“一通百通”了。

他同時也指出，這種康復效果是高度差異化的，個體、設備和疾病差異等因素都會影響康復效果，在有些時候也可能沒有療效。還需要更多的研究和試驗來探索其中的規(guī)律。

隨著腦機接口逐漸進入公眾視野、企業(yè)等相關研發(fā)機構更加注重正面宣傳，腦機接口在很多人眼中從“高風險”變成了“有奇效”。一位在醫(yī)院康復科從事非侵入型腦機接口研究的醫(yī)生告訴澎湃科技，很多患者對腦機接口技術抱有過于殷切的期待。一位頻繁詢問她研究進展的中風偏癱患者這樣說道：“我們這里有好幾位患者，等你們腦機接口技術成熟了，都想到你這兒恢復正常人的尊嚴。這是人類歷史上最偉大、最功德圓滿的事業(yè)！”

這些說法常常讓這位醫(yī)生哭笑不得。她說，腦機接口的應用還有很長的路要走，“比如腦控輪椅，在真實的環(huán)境中干擾特別多，患者也難以集中注意力去控制，目前還是很難實際應用的。”

在不少報道中，植入腦機接口的患者通常為功能替代或者神經(jīng)恢復效果而感到興奮，而當療效未達預期時，他們的沮喪也顯而易見。剛剛植入Neuralink的腦機接口時，諾蘭·阿博（Noland Arbaugh）成功通過意念玩起了電腦游戲。而短短數(shù)月之后，85%的電極脫落，設備性能開始下降。他希望醫(yī)生馬上再次安排手術來調(diào)整設備，卻被以手術間隔時間太短為由拒絕。這讓他感到有些郁悶。

對于那些可能有機會參與試驗乃至在未來使用商業(yè)化產(chǎn)品的患者來說，可能需要更多了解腦機接口的原理與風險，才能更好地平衡自己的期待，既不過于懼怕，也不過度神化。

網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)安全風險

除了生理風險之外，作為一項能夠“讀取”大腦數(shù)據(jù)的技術，腦機接口在理論上還有可能引起別的風險，甚至引發(fā)社會的變化。肖峰說，多名倫理學家、醫(yī)生、神經(jīng)科學家曾于2017年聯(lián)名在《自然》（Nature）雜志上將腦機接口的風險概括為安全性、知情同意、隱私保護、公平、主體性和身份認同感幾大方面。

腦機接口可能面臨網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)安全風險。如果這些設備依賴無線數(shù)據(jù)傳輸，可能成為網(wǎng)絡攻擊目標，攻擊者可通過篡改信號操控用戶行為（如控制假肢自毀）或竊取神經(jīng)數(shù)據(jù)。另外，如果未來能夠通過腦機接口采集的數(shù)據(jù)細致還原人的想法，那這些數(shù)據(jù)的暴露將使人毫無隱私，“猶如在聚光燈下裸奔。”

公平問題則是指腦機接口可能加劇社會不平等，如富裕階層可以優(yōu)先獲得腦機接口技術給予的增強功能（如認知提升），而弱勢群體（如殘障人士）可能因費用或技術門檻無法享受基礎治療。

主體性和身份認同感方面的風險則在于腦機接口可能通過干預或增強大腦功能來影響用戶的自主決策。

“例如，若用于調(diào)節(jié)情緒，可能模糊自然情感與人工干預的界限，威脅用戶的自我認同。在腦機接口與使用者達不到高度融合時，可能會導致用戶懷疑‘這是我做的嗎？’。一旦出現(xiàn)意外后果，則會帶來歸責的問題。”肖峰說。

有腦機接口研發(fā)者告訴澎湃科技，這些風險雖然在理論上存在，但現(xiàn)在討論為時尚早。也有從業(yè)者認為，在技術發(fā)展的早期階段，談論這些風險過于“敏感”，可能會對產(chǎn)業(yè)發(fā)展不利。

肖峰指出，腦機接口風險的多數(shù)場景還屬于“科幻范疇”，尚未顯性化。如果從倫理風險角度對技術過度干預，確實有可能限制它的發(fā)展。

“但另一方面，也要警惕‘科林格里奇困境’（Collingridge dilemma）：一項技術在早期階段易于調(diào)整但難以預測影響，而在成熟期影響顯現(xiàn)時卻已難以控制。”他說，“今天的倫理討論有可能會決定未來人類能否保持‘神經(jīng)主權’。”

北京協(xié)和醫(yī)學院人文學院教授、醫(yī)學倫理學研究者張新慶認為，倫理問題的原則就是善與惡的道德原則，但對于腦機接口這樣的前沿技術，除了將其用于有害目的“謬用”造成的風險以外，濫用與誤用所導致的“無知風險”也可能導致惡果。

“比如腦機接口假如與人工智能融合到一起，人的思想、機器的‘思想’與神經(jīng)組織緊密結合到一起，這種匯集技術造成嚴重不良事件的后果和可能性，應該說現(xiàn)在我們還不是很清楚。”他舉例道。

因此，對于這類研究的開展和產(chǎn)品的開發(fā)，完善的治理機制是必要的。“既包括自上而下的政府政策對企業(yè)和學界的管理，也包括自下而上的患者群體、公眾代表、醫(yī)療機構、倫理委員會、輿論媒體的互動，在每一個點上都有充分的討論，最終兼顧風險與收益的平衡。”張新慶說。