編者按：這是“醫學界”推出的關注醫學前沿的文章，本文講述了馬斯克旗下首例腦機介面手術的故事。點選文末“醫學前沿”專欄合集，瞭解更多往期內容。
撰文丨燕小六、凌駿
當地時間1月30日，世界首富埃隆·馬斯克（Elon Musk）公開表示，旗下腦機介面公司Neuralink已完成首例腦機介面晶片的人體移植。
關於植入效果，馬斯克僅透露兩點。第一，該名被植入者恢復良好。第二，初步結果顯示，其神經元脈衝峰電位（neuron spike）檢測充滿希望。這是神經元發出的一種電訊號。美國威斯康辛大學神經工程研究所聯席主任基普·路德維希（Kip Ludwig）認為，這意味著Neuralink能從植入者的大腦中採集到神經訊號。
在本次人體植入前，馬斯克曾多次預測“將很快開啟革命性的腦機介面人體試驗”。在他的偉大願景中，大腦植入能捕捉腦訊號的晶片後，可以治癒癱瘓、失明等難治性疾病。在未來，人們能前往周邊設施，透過手術機器人、快速在自己腦中插入晶片，用“意念”操縱電子裝置、讀取記憶，攻克肥胖症、自閉症、精神分裂症……2022年底，馬斯克公開表示，願意將晶片植入自己孩子的大腦。
在中科院深圳先進院正高階工程師李驍健看來，Neuralink完成首例全植入式腦機介面微系統人體植入，區別於此前的動物植入實驗，具有一定意義。但手術是否最終成功，要看後面一段時間採集的神經訊號質量如何，以及能否持續一年以上採集到支援有效解碼的訊號，目前還不好評價。
“沒到功能驗證的階段。腦機介面評價的是植入後功能效果，能否安全、穩定、有效地長期使用，並且達到他們聲稱能夠實現的特定腦控功能和效能，才是成功的評價標準。”李驍健告訴“醫學界”。
腦機介面公司Neuralink研發的腦機介面晶片。
圖源/Neuralink
機器人給人植入晶片
馬斯克和Neuralink尚未公佈被植入者的詳細情況。根據Neuralink官網此前資訊，該司在招募因頸椎脊髓損傷或肌萎縮側索硬化症（ALS）而導致四肢癱瘓，且傷後至少1年未見好轉的患者，年齡在22歲以上。
按照Neuralink遞交給美國FDA的臨床試驗申請，植入大腦的晶片直徑約為一枚1元硬幣大小，厚度差不多是三四枚硬幣摞在一起。裡面包含電池、處理晶片、藍芽無線電，以及約1000個電極觸點——這被稱為高通量線束。因為有藍芽，術後患者不會出現“腦後插管”等情況。
Neuralink為此開發了專屬手術機器人，以替代外科醫生完成植入手術。手術需要把晶片置入顱內大腦皮層附近，電極觸點則放置在感覺運動腦區。每個電極負責記錄腦中0到4個神經元的活動。這意味著，Neuralink晶片最多能同時觀察4000個神經元的活動狀態。有分析指出，這是迄今腦機介面能觀察到的最高神經元數量。
晶片將記錄這些大腦訊號，並傳輸到解碼運動意圖的應用程式。據馬斯克描述，應用程式會翻譯這些訊號，以移動游標、生成文字，甚至控制裝置、幫助癱瘓者重新行走——簡而言之，人的意念能透過晶片，控制手機、電腦及任何電子裝置。
按照Neuralink時間表，2024年，該司將完成另外11例晶片植入。
商業化為時過早
馬斯克給腦機介面晶片起了一個富含詩意的名字：“Telepathy（心靈感應）”。“肢體殘障人士將是這款產品的首批使用者，”馬斯克說，“想象一下，斯蒂夫·霍金的交流效率或能快過打字員。”
但分析人士普遍認為，前景或許光明，落地尚需時日。
美國賓夕法尼亞州立大學腦科學研究者勞拉·卡布雷拉（Laura Cabrera）表示，即使Neuralink使用手術機器人等創新程式、植入晶片，但結果仍然未知。以手術為例，存在腦出血、癲癇發作、感染等風險，人體安全性需要評估。
早前，Neuralink曾因實驗涉嫌虐待動物而飽受爭議。有報告指出，2022-2023年，該司用於研究的實驗猴等出現令人擔憂的問題，多隻實驗猴死於晶片植入併發症。因安全性隱患，Neuralink的人體臨床試驗申請一再被拒，監管審查長達6年。
更重要的是，“沒有細節。”《科學美國人》援引學者分析稱，比如馬斯克談到“神經元脈衝峰電位檢測充滿希望”，卻未公佈資料。
“今天你能看到神經元脈衝訊號，明天它可能停止工作。作為科學家，我們要看到具體資料或釋出論文，才能討論進展和意義。”美國布朗大學神經科學教授約翰·菲利普·多諾霍（John Philip Donoghue）對高通量線束及其收集的訊號，表示驚喜和擔憂。“Neuralink或許能獲得足夠多的神經元訊號。但所有訊號混合在一起，無法將每個神經元拆分、處理。”
這或意味著，即使獲得數量足夠多、質量足夠好的神經訊號，現在的演算法及最先進的計算晶片也無法實時線上處理幾百萬級別神經元的相互作用，這需要在計算理論以及積體電路技術領域的新突破。
約翰·菲利普·多諾霍表示，1999年和研究生展望未來時，兩人就談到“要讓失明者看見，讓失能者行動，讓失聰者聆聽”。“我們不缺知識，科學家們已經搞明白運動皮層的作用機理。馬斯克站在巨人的肩膀上。他真正做的是投錢，大量的錢。”
正是這樣的“鈔能力”讓Neuralink後來居上。“Neuralink使用的單項技術一直都有，最大的價值是把它們系統集成了，是一種整合創新。”南開大學人工智慧學院教授段峰對“醫學界”分析，“國內的科研團隊、國外其他公司，在單項上並不一定比它弱，但不具備整合在一起的資源條件。”
李驍健告訴“醫學界”，Neuralink擁有無法比擬的資源優勢。它搭建了自己完整的技術和產業供應鏈，有神經外科、微電子、機械、計算機、材料工程等多個學科全球最頂尖的人才團隊。更重要的是抗風險能力，龐大的資金鍊讓Neuralink能最大程度接受試錯成本。
在技術探索上，Neuralink採用更前沿、更激進的策略。當同行還在鑽研數十、上百通量時，Neuralink已經用上數千通量的電極。理論上，這能採集更多訊號、大腦資訊質量更高，但會面臨電極陣列植入複雜，微電子晶片大功耗帶來的發熱等問題。
高通量電極和電子晶片會增加研發難度。另一問題則在於對應用場景的把握，包括在現有臨床需求、學科基礎研究和上下游的支撐配套的限制下，腦機介面領域是否真的需要如此“前沿”的硬體，研發者要為此承擔系統創新的週期和資金成本，患者需承擔相應的安全風險。
在這方面，其他不具備與Neuralink同等財力的公司更加務實。和Neuralink一樣，Synchron公司同樣旨在幫助重度癱瘓者控制數字裝置。但它採用的是“血管介入式”腦機介面，晶片放入大腦血管內部，而不是皮層組織。這會犧牲訊號採集的豐富度，但更安全成熟，解碼也相對容易。根據Synchron公佈的最新臨床試驗進展，4名癱瘓者成功控制外部裝置，可進行發簡訊郵件、個人理財、線上購物等日常活動。
總部位於阿姆斯特丹的Onward則與瑞士洛桑聯邦理工學院、洛桑大學醫院等合作，開發“腦-脊髓介面”，透過植入物讓大腦、參與行走的脊髓區域相連線。其最新進展在2023年5月24日登頂《自然》，成功讓一位癱瘓12年的病人表現出神經功能恢復的跡象。植入物關閉後，患者也能拄著柺杖行走。試驗使用的晶片是傳統的硬質電極、64個訊號通道，患者頭頂須佩戴訊號放大器。
基普·路德維希在2023年的一次採訪中提到，樂觀估計，Neuralink至少還需要10年時間，才能將腦機介面晶片商業化。
腦機介面，中國也有
目前，全球已有數十家相關企業在醫療端佈局數億美元裝置，期望在腦機介面領域最早脫穎而出。根據Strategic Market Research調研資料，全球腦機介面的市場規模在2021年達15億美元，預計到2030年將增長並達到53.4038億美元。
“在腦機介面這條賽道上，馬斯克還有強大的對手：中國。”“石英財經網”發文稱，在馬斯克發言前夕，1月29日，中國工信部等釋出《關於推動未來產業創新發展的實施意見》，其中多次提到腦機介面，並稱到2025年要形成標誌性產品。
也是在1月29日，首都醫科大學宣武醫院趙國光教授團隊、清華大學醫學院洪波教授團隊召開臨床試驗階段總結會，宣佈無線微創腦機介面突破性進展。
神經外科醫生將兩枚硬幣大小的腦機介面處理器，植入一名四肢截癱14年的患者顱骨中，採集感覺運動腦區的顱內神經訊號。不同於Neuralink完全植入的侵入式設計，宣武、清華研究將電極觸點覆蓋在腦硬膜外。據介紹，系統採用特殊技術，植入顱內的處理器無需電池，可以終生使用。
術後10天，患者出院。經過3個月的居家康復訓練，他實現了“腦控”：透過腦電活動驅動氣動手套、自主喝水，抓握準確率超過90%。其脊髓損傷的臨床評分、感覺誘發電位響應等，也有顯著改善。
首例患者透過無線微創腦機介面成功實現腦控抓握。
圖源/清華大學官微
李驍健告訴“醫學界”，宣武、清華的研究是一個偏保守的創新組合方案，結合了一些現有的腦部植入醫療器械而設計。這樣的方案更易開展人體試驗、進入臨床研究。
“根據現有資訊，團隊還沒有展示資訊解碼、操作自由度等方面細節。簡單來說，就是不知道實現所謂‘獨立喝水’，具體是多複雜的一種動作，看起來是一種康復類的腦機介面技術。”李驍健說，“電極的通道數少的，優勢是技術成熟度高，更加安全且便於落地。能做功能替代的話，不可避免的，最終臨床應用也會偏向於一些相對簡單的替代操作，主要是一維和二維資訊控制，比如最近有專業期刊報道的讓患者操縱平板電腦打字交流、發語音等。”
同時，太高通量電極意味著難以實現腦訊號的無線高保真傳輸和持續供電，需要“頭頂上伸出電線”。考慮到風險，這類臨床解決方案暫時未獲得我國相關審批。李驍健表示，國內企業在硬體上拼殺的意義不大，“短期內不應該、也沒法去和Neuralink對標，Neuralink也有很大可能要根據臨床結果做設計調整。在較簡單的應用場景先做出突破是關鍵，誰越早完成系統佈局進入應用端，誰越可能確立較大的市場優勢。”
中科院院士趙繼宗曾公開表示，在意識障礙、脊髓損傷、輔助機械臂等領域，國外能做到的，國內也能做到。更重要的是如何讓政府部門參與協調整個產學研用，“個別病例、個別試驗可能都沒有問題，但最後要用於更多患者，就得產業化。”
參考文獻：
1.Neuralink: What do brain implants do and why is Elon Musk making them?. newscientist
2.Elon Musks Neuralink has Implanted its First Chip in a Human Brain. Whats Next?. Scientific American
3.The Race Is on Between Elon Musks Neuralink and China. gizmodo
4.How Elon Musks Neuralink brain chip got approval for a human trial. axios
5.The Gruesome Story of How Neuralink’s Monkeys Actually Died. Wired
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來源：醫學界
責編：田棟樑
編輯：趙 靜
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