上世纪80年代，英国科幻大师伊恩·班克斯在他的“文明”系列科幻小说中提出了“神经蕾丝（Neural Lace）”概念——通过在大脑中植入网状物，将人脑和计算机连接起来，实现直接通信乃至人格备份和上传。
科幻世界对脑机接口的设定也映射在现实中，埃隆·马斯克在2016年创立的脑机接口公司Neuralink，部分创意就来源于“神经蕾丝”。
脑机接口的应用潜力充满想象空间，未来科学家们预测，人类会因为“脑机融合”“人机融合”走向永生。不过，在数字永生之前，“脑机接口最早也最重要的应用场景是医疗场景”，日渐成为行业共识。
微灵医疗创始人、中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师李骁健教授坚定地相信，脑机接口技术将为运动和视听觉失能患者带来福音，让精神疾病的临床诊疗实现提升，并为重大脑疾病的治疗带来突破性的进展。李骁健在脑科学、神经工程领域深耕超过20年，包括2010至2018年间在美国佐治亚医学院、西北大学芬博格医学院从事视觉和运动系统的植入式脑机接口技术研究。2018年回国后加入中科院先进院，随后创立微灵医疗，并从创立第一天就瞄准严肃医疗需求——研发医疗级植入式无线脑机接口全栈技术，也成为国内首个打通全植入式脑机接口全栈技术链的企业。大脑作为人体内结构最复杂的器官，内部有约1000亿个神经元，银河系大约由2000亿~4000亿个恒星组成，我们每个人的大脑内部都宛若一个深邃奥妙的银河系。连接大脑与数字世界的脑机接口更是世界科技的前沿，需要多个学科专家通力合作。就在近期，李骁健作为发起人与Nature出版社合作举办“神经工程变革技术国际会议”，邀请了20多位涉及脑机接口领域的人工智能、神经科学、材料科学、生物医学工程、临床神经学等学科全球顶尖专家齐聚深圳，围绕脑机接口技术在医疗领域所面临的挑战，交流最新研究进展。高榕创投在2023年领投了微灵医疗天使加轮融资。结合微灵医疗最新的研发进程，我们与李骁健教授聊了聊脑机接口技术应用在医疗领域的潜力与挑战。“电影《阿凡达》里的主角，实现了不同生物体脑内信息直接转移的意识替换，这是真正的科幻；但电影《阿丽塔：战斗天使》中，实现了脑神经与电子装置的连接，通过生物大脑控制机械身体，这在生理学上有充分的依据。”李骁健介绍，脑机接口技术经过了半个世纪的发展，正不断从科幻走向现实。1973年，美国加州大学洛杉矶分校的计算机科学家雅克·维达尔首创了“脑机接口（BCI，Brain-Computer Interface）”概念，并搭建了世界上第一个非植入式脑机接口系统——通过放置在头皮上的电极检测大脑发出的实时信号，翻译后用于控制计算机。从理论上说，把传感器放在离神经元越近的地方，采集的信号清晰度越高。把传感器贴敷在大脑皮层或刺入的植入式脑机接口（iBCI，implantable BCI）能够收集高通量和高时空分辨率的神经信号，从而在实现实时、精确的脑机交互和临床应用方面对比非植入式脑机接口有更大的潜力。李骁健介绍植入式脑机接口系统是如何工作的，从而让大脑学会自如控制身体之外的电子设备：首先将记录到的人脑运动皮层的神经信号，转变为计算机可以加工的数字信号；
经过算法实时解码，推算出人的运动意图；
最后将人的运动意图转码成屏幕上光标的移动、机械臂的抓握、轮椅的前进，或者语音的生成、文字的书写；
更进一步，机械手臂上触觉感受器感应的信息可以转换成微电流，回传给感觉皮层，让人拥有“触摸”的感觉。
过去几年，植入式脑机接口相关技术和应用发展迅速。从2016年人脑控机器人让瘫痪患者灵活控制机械手，2017、2018年实现人脑控制键盘打字和上网交流，再到2019年第一个人脑神经解码语音合成器出现，以及近年来被应用于治疗重度抑郁的深脑神经调控器...越来越多的人关注这一技术在临床医学的应用，如同马斯克在2021年对Neuralink团队所说，“如果能让坐在轮椅上的人重新走路，大家就会立马明白Neuralink这项事业的重要性，这一定能直击人心。”李骁健进一步指出植入式脑机接口治愈疾病的潜力，除了可以为罹患渐冻症、脊髓损伤、瘫痪等运动失能和视听觉失能病患提供一种替代的方式实现自主运动控制，实现生活自理和正常社交；也可以应用于癫痫、疼痛管理等神经调控方向；此外也有望治疗重度抑郁等精神疾病，以及阿尔茨海默病等神经退行性疾病导致的记忆障碍等。“目前来说脑疾病的精准治疗有很大挑战，脑机接口技术作为一种精准治疗技术路线，和基因治疗是不同维度的基于生命科学底层原理的‘治本’疗法。”脑机接口技术链条包括信号-数据-信息-交互四个环节，“每个环节都有核心技术——信号部分是高性能的神经传感器，数据部分是专用神经电子集成电路，信息部分是高效解码算法，交互部分是脑控训练范式。”微灵医疗吸纳了来自国际脑机接口研究优势机构的资深科研人员，如中国科学院、美国西北大学、布朗大学、美国国立卫生研究院、德国亚琛工业大学等，在植入式脑机接口的基础研究、工程实践与临床医学领域经验丰富。微灵医疗在国内率先提出了开发高密度超柔顺神经传感器阵列、贴附脑皮层表面的植入式脑机接口解决方案，不会因刺入电极的脑损伤导致植入靶点只有一次寿命。“这种电极阵列采用了最先进的纳米复合增强技术，提升了安全性与长期稳定性，其记录的神经电信号亦具有更高的空间分辨率和信噪比。”除了传感器，微灵医疗还开发了采集刺激一体闭环神经电子芯片、百通道级神经电信号采集芯片、数千通道级微型化脑机信息交互仪以及脑信息的无线收发器等硬件，以及预处理算法、解码分析算法、类脑控制算法等软件系统。以脑机接口专用芯片为例，李骁健指出，“我们设计了两类芯片，一类是强化神经信号的高通量采集，一类则是强化采集刺激一体操作，配备了16个性能强劲的电刺激通道。这样芯片在多通道同步采集神经电信号的同时，可以进行精确的、可编程的高功率神经电刺激。”此外，微灵医疗创始团队在国际上率先研发了“非遗传光纳米神经遥控技术”，成果分别于2018、2019和2023年发表在《Nature》系列专业期刊中。这项技术实现了脑机接口设备微器件化、灵活精创植入、使用寿命可控以及无线交互信息。微灵医疗构建的全植入脑机接口系统，分为植入体、数字终端、智能轮椅机器人三个部分，具备为多种疾病提供医疗级全栈式解决方案的潜力，例如让瘫痪患者实现对智能轮椅机器人的自如控制。“可以说，微灵医疗已掌握微创植入式脑机接口全链条自主技术，是国内目前唯一能够自主发展脑机疗法并能完成针对性解决方案的团队。”对于全栈技术布局，李骁健认为需要让自身具备全产业链条能力，才有可能成功集成出产品系统，过程中既要避免出现木桶效应中的技术短板拖累性能表现，也要避免存在无效的长板影响功能实现。全栈技术研发除了要求科研过硬，还需要对产品系统功能和研发周期有清晰认识，微灵医疗对未来技术研发和临床应用制定了路线图。未来3年，率先将微型脑皮层电极阵列和千通道全波段数字脑电图机等推向临床应用，服务精细人脑功能图谱绘制，增强对人脑精细功能的认知，提升脑外科手术效果，赋能探索脑疾病新疗法。
未来5年，推动全植入式无线脑机接口系统应用于运动和视听觉失能患者，赋予患者重新掌控自己身体的能力。
未来10年，将全植入脑机接口系统的应用拓展到精神健康疾病和其他重大脑疾病的诊疗领域。
李骁健指出，植入式脑机接口想要成为面向严肃医疗场景的主流技术，植入的精创化、靶点的多元化以及电子装置的微型化是前提。这依托多个前沿技术领域发展所产生的螺旋加速效应。一方面，随着微电子、电源、无线通信等技术的快速发展，脑机接口相关硬件不断迭代升级；另一方面，AI提高了人脑数据分析的效率，进而有利于解码算法的优化，加深对大脑工作原理的理解。除了技术进步，脑机接口技术的安全性、稳定性至关重要。作为Ⅲ类医疗器械，植入式脑机接口系统必须在严苛的评价标准下，充分论证其在临床试验的安全、有效性后，才允许进行临床试验。Neuralink去年获得FDA人体临床试验许可让行业为之一振，今年其首位人类试验者的植入进展和安全性也备受关注。李骁健表示，微灵医疗未来也将严格按照医疗器械审批规范，对产品中的各项安全指标进行设计和评测，并尽量采用操作简单的手术方式。“综合来看，脑机接口要实现商业化，三方协作不可或缺——研发方的技术迭代、医院方的临床尝试以及监管方的积极指导。”多方加速有望让脑机接口技术的治愈之光更快降临。李骁健表示，“在不远的5到10年，我们有信心为治疗多种脑相关疾病提供突破性的解决方案，极大地改善患者的生活质量。”
