盡管面臨諸多挑戰,但隨著技術的不斷進步和跨學科合作的加強,腦機接口有望成為連接人腦與外部世界的重要工具,為人類的健康和生活質量帶來革命性的變化。
從實驗室的前沿研究,到醫療領域的突破性應用,腦機接口正在重塑人類與科技互動的邊界??萍继剿鳠o止境,可以預見的是,未來在探索精神+科研實力的雙重力量下,腦機接口將成為更多患者的福音,不再是紙上談兵。
未來醫療與科技的融合革命
腦機接口技術正處于快速發展階段,其在醫療、消費等多個領域的應用潛力巨大。根據麥肯錫的測算,全球腦機接口醫療應用的潛在市場規模在 2030—2040年有望達到400億—1450億美元,其中嚴肅醫療應用潛在規模在150億—850億美元,消費醫療應用潛在規模在250億—600億美元。
目前受到腦機接口技術和倫理、安全等因素的制約,無論是各國科研院所還是企業,研究重點都側重非侵入式腦機接口。這類腦機接口技術主要應用于醫療及健康保健場景,這是目前腦機接口最大的市場應用領域,也是增長最快的領域。
其中對應的典型嚴肅醫療場景包括腦震蕩、腦卒中、老年癡呆及腦腫瘤等,腦機接口的治療方式以改善為主,旨在提高患者的生活質量。已經普及的應用包括癲癇、中風等腦科疾病的診療。
與此同時,在主被動協同康復訓練階段,腦機接口打破了傳統康復方式被動且單一的問題,實現主動康復,顯著提升康復治療效果。在精神疾病和心理健康測評方面也頗具潛力,日后也可能進一步推廣到情緒管理、記憶增強甚至腦寫入。
在嚴肅醫療應用之外,腦機接口也可以用于一系列消費級醫療場景,并向小型化、便攜化、可穿戴化及簡單易用化方向發展。例如通過腦電信號相位、幅度的識別可以更加準確監測、評估患者的情緒狀態,并針對特殊情緒的腦電信號制定專門的訓練任務以調整患者狀態,實現精準調控?;诜乔秩胧侥X機接口技術的各種可穿戴設備,利用集成工藝和流程,進行標準化、模塊化的開發和設計,以形成滿足不同應用場景的腦機接口產品,如智能家居、娛樂、教育等生活場景,可以實時監測用戶的腦電狀態,幫助日常解壓、小孩專注力提升,及改善睡眠障礙等。
預期在未來5—10年,腦機接口將迅速滲透,在應用領域的全球市場規模將達約3000億美元,涉及治療癲癇、癱瘓、 失語等腦/神經相關疾病、腦卒中康復、腦功能挖掘、專注力訓練、腦機控制游戲、VR、AR等。
首個腦機接口臨床與轉化病房成立
5月17日,首都醫科大學附屬北京天壇醫院腦機接口臨床與轉化病房(以下簡稱“病房”)揭牌成立。病房由北京天壇醫院牽頭,聯合國內多家頂尖科研單位共建,未來圍繞腦機接口開展科研攻關與臨床試驗,并推動相關科技成果轉化,實現腦機接口技術發展從“科研驅動”向“臨床牽引”邁進。這是國內首個將腦機接口技術應用于臨床的病房。
據病房主任、北京天壇醫院神經外科學中心常務副主任曹勇介紹,目前病房已經承擔“北腦一號”腦機接口設備的臨床試驗。北京腦科學與類腦研究所、清華大學生物醫學工程系、中國科學院自動化研究所等多家科研機構參與病房共建,并將依托北京市腦機接口重點實驗室形成“醫—工—研—產—政”深度融合的協同創新體系。病房還將組織和推動全國多中心進行臨床試驗,牽頭制定與腦機接口相關的倫理規范、準入標準和臨床路徑指南等,致力于打造成為面向全國的臨床醫生、工程技術人員和研究人員的培訓平臺,推動腦機接口相關專業人才隊伍建設,構建科技創新、標準制定、成果轉化、人才培養四位一體的發展格局。
此外,病房還將設立獨立的專家工作站、項目管理組和博士后科研團隊等,通過多種先進設備和技術打造一體化的腦機接口技術平臺,實現對患者的評估、調控、訓練;同時,通過閉環神經調控、非侵入式/侵入式BCI技術、智能康復系統等,推動多種疑難重癥患者的功能恢復和生活質量改善,實現“從技術原型到床旁應用”。
國家神經系統疾病臨床醫學研究中心主任、中國科學院院士趙繼宗表示,腦機接口是未來醫學的重要入口,希望通過病房建設把握腦科學發展的關鍵節點,在腦機接口技術的科學性、可及性、安全性等方面全面發力,以實現腦機接口從技術突破走向全民受益。
技術助殘疾人提升生活自理能力
此前,新華社報道,一位曾在意外事故中受傷,導致高位截癱的父親,生活起居都需要護工和家屬護理幫助?;颊叱D甏髦粑鼨C,與人交流困難。但通過一款腦機AI鼠標,他不需要用手就可對虛擬鼠標進行控制,包括鼠標任意方向的移動、鼠標左右鍵點擊、滾輪、長按等功能,從而實現了對電腦、平板或手機的操控。
會使用腦機AI鼠標了,他做的第一件事便是去社交平臺看孩子的照片;之后,他刷起了短視頻,開始幾個月以來的第一次娛樂活動。這款腦機AI鼠標,來自位于廣州的琶洲實驗室常務副主任李遠清團隊,由通過科技成果轉化創立的華南腦控公司自主研發而成。團隊一直致力于用最新科研成果造福病人,多年來同廣州地區的多家醫院保持密切合作。
“患者的主治醫生認為他有較強的自我意識和學習能力,適合成為向癱瘓病人大規模推廣腦機AI鼠標產品的示范驗證者。經患者家屬同意,該患者已成為腦機AI鼠標產品的第一位正式用戶,受傷以來第一次回歸互聯網世界。”李遠清說。
腦機AI鼠標產品的用戶正在機器的輔助下完成網購。3月29日,由中國殘聯主辦、北京市殘聯承辦的2025中關村論壇年會科技助殘平行論壇期間,李遠清的“非侵入式多模態腦機接口技術”入選了“2025科技助殘創新案例”。該技術可以通過智能頭環采集并解碼腦電、眼電及頭動等多模態信號,精準識別用戶意圖,可幫助肢體殘疾人實現復雜環境控制。
李遠清介紹,腦機接口即大腦和外部設備/環境之間的“接口”。人類大腦的神經元的群體活動會形成某些指令,并依靠全身神經傳遞這些指令,從而控制身體的肌肉與器官完成各項工作。大腦神經元群體活動會產生腦電信號,當這些腦電信號被“接口”采集,并被電腦里面的算法模型“翻譯”成控制指令,電腦就可以憑借這些指令控制各種外部設備或對象,從而完成大腦原先想讓肌肉與器官做的事。這就是“腦機接口”的基本原理。
將腦機接口技術從實驗室帶到應用一線,李遠清跟他的團隊奮斗了20多年。2019年至今,研究團隊聚焦成果轉化與產業化,致力于將科研成果轉化為實際產品。目前,團隊研發了腦機AI鼠標、腦機AI輪椅、腦機AI智慧病房,并在多家醫院投入試用,顯著提高了肢體障礙患者的生活自理能力。
“隨著腦科學的發展,讓機器和算法來理解人類的大腦已經不是異想天開的事。腦機接口技術可以用于控制外部設備,可用于對大腦的監測,也可以用于對大腦疾病的干預康復,是極具科學價值和應用前景的方向?!崩钸h清說。