腦機接口臨床應用迎來多元突破：無創(chuàng)康復、高通量芯片與深腦調(diào)控并進
關鍵詞： 腦機接口，神經(jīng)康復，芯片突破，超聲調(diào)控，醫(yī)療健康
本文是第四屆南渡江智慧醫(yī)療與康復產(chǎn)業(yè)高峰論壇的系列報道②：腦機接口。
得益于與生成式AI、微型化硬件的深度融合，腦機接口（BCI）技術(shù)正從專科治療拓展至全民普惠，開啟從精準干預到全民腦健康的新紀元。
在第四屆南渡江智慧醫(yī)療與康復產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，來自韶腦傳感、西湖靈犀科技、顱燊燊醫(yī)療的三位企業(yè)代表，分別從康復訓練、硬件集成與深部腦調(diào)控三大維度，勾勒出腦機接口技術(shù)在醫(yī)療健康領域的落地路徑與創(chuàng)新生態(tài)。
無創(chuàng)腦機接口：以運動想象重構(gòu)神經(jīng)康復新范式
腦機接口概念近年備受關注，其技術(shù)分類、工作范式已發(fā)展清晰。從技術(shù)分類來看，腦機接口按電極位置可分為非植入式和植入式：非植入式以安全、普適為核心優(yōu)勢，無需手術(shù)，適合大規(guī)模應用，在醫(yī)療康復領域，即便精度未達90%~100%也完全可行；植入式雖信號精度更高，但需手術(shù)植入，存在生物相容性、醫(yī)生資源有限、患者接受度低等問題，不過其研究為非植入式提供了重要的理論基礎。從工作范式來講，腦機接口的核心原理圍繞聽覺刺激、視覺刺激、主動想象引發(fā)的三類腦電信號，再通過AI技術(shù)解碼。
上海韶腦傳感技術(shù)有限公司董事長 楊幫華
上海韶腦傳感技術(shù)有限公司董事長楊幫華指出，她的團隊重點聚焦“大腦所想”對應的運動想象范式，這也是唯一能實現(xiàn)大腦神經(jīng)重塑、對醫(yī)療康復真正有效的范式。
運動想象腦機接口的核心邏輯是：當患者肢體無法活動時，通過想象肢體動作，在大腦運動區(qū)產(chǎn)生特定腦電信號，結(jié)合VR引導、AR反饋，模擬運動場景并強化信號解析，最終實現(xiàn)大腦運動功能通路的重塑。這類技術(shù)對腦卒中患者尤為重要，腦卒中患者群體龐大，運動功能障礙嚴重影響生活質(zhì)量，而運動想象腦機接口能針對性解決其運動功能重建問題。
楊幫華介紹，其團隊歷經(jīng)22年研究，將任務識別從“左右手”兩類擴展至“手腳協(xié)同”四類，通過算法優(yōu)化實現(xiàn)患者低訓練成本下的有效識別。目前相關系統(tǒng)已獲批醫(yī)療器械注冊證，應用于腦卒中患者的運動功能重建。
芯片級突破：腦機接口硬件迎來“摩爾定律”式演進
西湖靈犀科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、西湖大學工學院研究員 楊杰
在硬件層面，腦機接口系統(tǒng)正朝著高通量、低功耗、高集成方向快速發(fā)展。西湖靈犀科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人楊杰指出，一個顯著的技術(shù)規(guī)律是：腦機接口系統(tǒng)復雜度呈現(xiàn)"摩爾定律"特征。具體來說，腦機接口通道數(shù)量約每7.4年翻一番，從早期的個位數(shù)通道發(fā)展至目前千通道級別，為信號采集精度帶來數(shù)量級提升。
然而，高通量全植入系統(tǒng)的實現(xiàn)面臨兩大硬件瓶頸：一是高通量腦機接口芯片功耗的挑戰(zhàn)，另一大挑戰(zhàn)是芯片面積與電極尺寸的失配。對此，楊杰團隊歷經(jīng)五代芯片迭代，目前已實現(xiàn)256通道讀出芯片的工程化。對比數(shù)據(jù)顯示，該芯片采用65nm工藝，單通道功耗6.9微安，輸入等效噪聲8.7微伏，增益54dB，采樣率30kHz，所有核心指標均達到國際主流水平，為大規(guī)模神經(jīng)信號采集提供了自主可控的硬件底座。
楊杰展示的系統(tǒng)架構(gòu)揭示了技術(shù)轉(zhuǎn)化全貌：患者顱內(nèi)信號通過256通道芯片采集放大后，經(jīng)Wi-Fi傳輸至工作站，運行解碼算法并將結(jié)果回傳至終端顯示。整個過程在普通病房環(huán)境中完成，無需特殊屏蔽設施。這一進展標志著腦-語言解碼正從實驗探索邁向產(chǎn)業(yè)化應用。
楊杰總結(jié)道："侵入式腦機接口正向著高通量、全植入方向發(fā)展，適用范圍從運動功能擴展到高級認知功能。芯片的功耗與面積挑戰(zhàn)正在被逐步解決，而腦-語言解碼正在取得突破性進展，從實驗探索走向產(chǎn)業(yè)化應用。"
超聲腦機接口：無創(chuàng)精準調(diào)控深部腦區(qū)
顱燊醫(yī)療器械（嘉興）有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO、華東師范大學 陳建剛教授
在面對抑郁癥、帕金森、失眠等神經(jīng)精神疾病時，傳統(tǒng)物理治療難以精準觸達深部腦區(qū)。顱燊醫(yī)療器械（嘉興）有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO、華東師范大學陳建剛教授展示了其團隊在經(jīng)顱聚焦超聲（tFUS）領域的核心技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化進展。該技術(shù)通過無創(chuàng)方式實現(xiàn)深腦區(qū)精準調(diào)控，為腦卒中、帕金森、抑郁癥等神經(jīng)精神疾病提供了革命性治療路徑。
據(jù)悉，經(jīng)顱超聲的獨特優(yōu)勢在于，它能穿透顱骨直達深腦區(qū)，且空間分辨率可達1.5-3毫米。tFUS技術(shù)能精準靶向丘腦等深度達50-120毫米的腦區(qū)，具備完全非侵入性、無組織損傷、可與MRI兼容等特性，被業(yè)界視為神經(jīng)調(diào)控的下一代主流技術(shù)。
值得一提的是，tFUS技術(shù)難度極高，超聲波穿透顱骨時會發(fā)生反射、吸收、折射和相位畸變，能量衰減嚴重且方向易偏離。對此，陳建剛團隊構(gòu)建了AI聲學模擬仿真系統(tǒng)，通過海量顱骨CT/MRI數(shù)據(jù)訓練反演算法，可反向推算超聲探頭的最佳位置、角度與曲率，確保能量高效傳輸。
此外，陳建剛團隊首次提出"超聲腦機接口"概念。系統(tǒng)在治療后實時分析腦電（EEG）信號，評估特定刺激方案的正向或負向效果，通過人工智能閉環(huán)決策動態(tài)調(diào)整4個靶區(qū)的刺激參數(shù)，實現(xiàn)個性化精準治療方案的智能化迭代。這一融合使tFUS從單向刺激升級為雙向交互的神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)。
