《与犯罪对抗的每一天》脑科学科普站

44、听听那些已经把芯片放进大脑里的“超人类”怎么说

　　导读：理解脑机接口不仅要从技术上去明白它的原理，同样也要从感性的思维去听听真正体验过这项技术的人的想法。在这里我们精选了两位已经在大脑里植入芯片的患者对这项技术体验过后的想法和思考。

　　菲利普·奥基夫的经历(植入1年）

　　菲利普·奥基夫（Philip O'Keefe）是一名62岁的物流工人，同时也是布里斯班狮子队（Brisbane Lions）的热情球迷。然而，他患有肌萎缩侧索硬化症（ALS），这导致他瘫痪。在2020年，医生在他的脑部一条血管中植入了一种名为“stentrode”的装置，该装置监测他大脑皮层的某一部分的活动。在接下来的一年里，他通过该探针传递的信号成功发送了他的第一条推文：“你好，世界！简短的推文。历史性的进展。” 《经济学人》杂志采访了他，了解他的经验。

　　?

　　图一：PHIL 接受采访。

　　Q:这如何帮助你在日常生活、工作和与他人的关系中呢？

　　他说到:" 说实话，我的设备是作为最初的临床试验的一部分而投放市场的第一代设备。我是世界上第二个接受该设备的人。很明显，该设备仍在不断发展阶段。它使我能够使用电子邮件，使用应用程序如WhatsApp浏览各种网站并进行在线银行业务。我有能力过上正常的电脑生活。所以，无论你在电脑上能做什么，我也能做。在目前阶段，我的操作速度可能比你慢一些，但只要我愿意，我几乎可以做任何事情。

　　在植入设备时，我仍在兼职工作。我可以使用这个设备进行一些在线工作。我可以登录我的公司门户网站，更新信息并生成报告。"

　　Q:这个经历中最令人惊讶的是什么？

　　从身体角度来看，最好的地方就是你不会感到它的存在。它不会引起任何不适。对我来说，这个设备已经成为了我的生活的一部分。它非常无缝地融入了我的生活。实际上，它使你恢复了独立性。毫无疑问，从我的角度来看，参与其中给了我一个生活的理由。它让我重新享受生活，给了我更多的乐趣，让我有事可做，让我有能力跟上时事。

　　Q:关于脑机接口，你最想告诉读者什么？

　　这是一个崭新的前景，真的是如此。人类大脑是一个极其复杂的东西。在大脑和计算机之间建立直接联系，只是人类进化道路上的又一步。我是说，120年前我们还不能飞行，现在我们正在讨论将人类送到火星。这是技术的又一步。是的，我们需要小心我们所做的事情，但我们是人类，我们需要理解，需要学习。

　　Q:你觉得你的能力被增强了吗？

　　我感到自己被增强了吗？感觉像超人吗？不，我不这么感觉。我感到非常幸运，尽管命运不太幸运，我能够做到这一点。当我与人交谈，看到他们的眼睛惊奇地睁大，我感到自豪。我为自己的成就感到非常高兴。我感激他们对我的关注。但我并不认为自己是什么超级存在。我只是一个参与了一个过程的普通人，与一些非常聪明的人一起，证明了一个概念并证明它可行。而且它会变得越来越大，越来越好。

　　Stentrode技术：无需破坏颅骨即可获取大脑特定部分高质量信号的方法

　　Stentrode（stentrode）是一种常规的支架，由一种灵活的合金材料称为尼钛合金（nitinol）制成，上面添加了一组由激光切割的铂电极，它被植入颈部的颈静脉，然后引导至大脑。在大脑内，外科医生在实时X射线的引导下将其嵌入到负责运动的皮层区域附近的血管中。一根短导线沿着静脉回到胸部植入的小型电源装置和通信单元。该基本单元使用红外光向贴在皮肤上的接收器发送数据，然后传输到计算机。

　　?

　　图二：Stentrode工作原理。

　　总结来说，这个系统分为三步：

　　1. Stentrode?是一种内腔植入物，安置在大脑运动皮层旁边的一根静脉中，用来记录运动皮层产生的脑信号。

　　2.植入在胸部的接收设备将神经信号传输到解码器。

　　3. 机器学习算法将脑信号转化为数字控制指令。

　　Stentrode并不在大脑的灰质内，与神经元直接互动：它仍然位于血管内。但它的电极能够捕捉到周围的电活动，随着时间的推移，患者可以学会以计算机接受为指令的思维方式。与跟踪眼动的系统一起使用，stentrode使他们能够只使用眼睛和思维与世界互动。

　　能够读取脑波的系统并不是什么新鲜事物。但是，如果它们以非侵入性方式安装在颅骨外部，它们会显得笨重并且分辨率相对较低；而将它们插入大脑则需要外科医生在颅骨上钻孔。Stentrode提供了一种无需破坏颅骨即可获取大脑特定部分高质量信号的方法。

　　其吸引力是显而易见的。在一个日益计算机化的世界中，一种脑-计算机接口（BCI，有时也称为脑-机接口）可以让瘫痪患者将思维转化为屏幕上的文字，并告诉应用程序、机器，甚至最终是假肢应该执行什么操作，这将带来巨大的益处。

　　赵先生的经历(植入13年）

　　（以下内容来自北京品驰医疗设备有限公司官网）

　　2009年11月26日，是首例清华脑起搏器临床应用的日子，也是中国首个国产神经调控设备临床应用的日子，今年63岁的赵先生，确诊帕金森病已整整20年了。在应用DBS(Deep Brain Stimulation)前，他已基本丧失生活自理能力，需要家人照料。

　　?

　　图三：2009年首例脑起搏器植入现场。

　　在应用清华脑起搏器后，

　　他不仅能够做到生活自理，

　　还能像正常人一样从事农务劳动，

　　给整个家庭带来了翻天覆地的变化。

　　光阴荏苒，

　　13年过去，

　　赵先生依然保持着良好的身体状态。

　　我们纪念这一天，

　　不是为了“炫耀”取得的成绩，

　　更不是为了“消费”产品应用者；

　　而是希望通过这个恒久的时间验证，

　　来为所有患者树立对抗病魔的信心；

　　我们纪念这一天，

　　也是为了不断唤醒我们“爱人如己”的初心，

　　继续为神经调控事业努力奋斗，

　　以求帮助更多患者摆脱疾病侵扰，

　　让每个生命都可以有尊严地延续下去。

　　?

　　图四：2018 年赵先生术后9年家中劳动。

　　深脑刺激系统：目前最成熟的脑机接口技术

　　深脑刺激系统（Deep Brain Stimulation，DBS）是一种用于治疗神经系统疾病的医疗程序，通常用于帕金森病、特发性震颤、癫痫和其他一些疾病的治疗。其工作原理如下：

　　植入电极：在患者的大脑特定区域植入极细的电极，这一过程通常需要进行手术。电极与连接线相连，连接线从大脑区域穿过患者的颅骨，通往体外。

　　深脑区域的刺激：一次手术后，医生会调试和编程深脑刺激系统，以便向特定的大脑区域发送电信号。这些电信号会干预和调整异常神经活动，有助于缓解症状。

　　调节和监控：患者通常配备了一个植入在胸部或腹部的激发器（或叫做神经刺激器）。这个激发器会定期发出电信号，以维持正常的神经活动和控制症状。

　　调整参数：患者和医生可以根据需要调整刺激系统的参数，以获得最佳的治疗效果。这通常需要定期的医疗检查和编程。

　　深脑刺激系统的确切工作机制尚不完全清楚，但它似乎通过干扰异常的神经信号传递来减轻症状。这是一种有效的治疗方法，但需要专业医疗团队的参与和监控。

　　一般来讲，通过脉冲发生器发送电脉冲，经延长导线到达电极，释放到脑内相应核团，抑制异常的神经信号，从而达到控制帕金森等运动障碍疾病症状，使患者恢复正常的活动能力。关于DBS的治疗假说较成熟的有三种：（1）对于病理性活动的间接抑制作用；（2）高频、规则刺激引导了下游结构活动的规则化，因此减少了在病理性噪音和异常的随机共振中信息的丢失：(3）高频和规则的DBS活动引导了基底节一丘脑一皮层系统中正常信息传递的共振放大；总的来说，通过刺激诱导的神经输出模式的规则化阻止了基底节一丘脑一皮层网络的病理性活动，因此激活了易化正常活动的代偿机制，从而达到控制帕金森等疾病的症状。

　　?

　　图五：DBS系统简介。

　　下图为北京品驰深脑刺激系统的一个产品图示：

　　?

　　图六：3.0TMRI 全身核磁兼容可充电双通道植入式脑深部电刺激脉冲发生器套件。

　　两种技术的优缺点

　　Stentrode技术和传统的脑植入芯片脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）相比各有其优点和缺点，下面是一些比较：

　　Stentrode技术的优点：

　　非侵入性：Stentrode是一种内腔植入物，相对于传统的脑机接口技术，它是一种非侵入性的方法，不需要开颅手术，减少了手术风险和康复时间。

　　直接脑内接触：Stentrode直接与大脑皮层接触，可以更准确地捕捉大脑活动，因为它位于靠近神经元的位置。

　　潜在应用广泛：Stentrode技术有潜力用于多种应用，包括神经疾病治疗、控制外部设备、恢复运动能力等。

　　Stentrode技术的缺点：

　　目前仍在研究阶段：Stentrode技术仍处于研究和开发阶段，尚未广泛应用于临床实践。

　　长期效果和安全性尚不清楚：由于相对较新，尚不清楚Stentrode技术的长期效果和潜在风险。

　　记录的脑电信号区域很有限，只能在运动皮层。

　　无法进行刺激行为，只能单向脑机接口。

　　Deep Brain Stimulation技术和传统的脑植入芯片脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）相比各有其优点和缺点，下面是一些比较：

　　优点：

　　临床应用广泛：DBS已经在临床实践中用于治疗多种神经系统疾病，如帕金森病、震颤、抑郁症等，取得了显著的成功。

　　持续稳定效果：DBS能够提供稳定、持久的治疗效果，可以有效减轻特定疾病的症状。

　　缺点：

　　1. 依赖外部装置：患者需要携带或植入一个外部激发器来管理DBS系统，这可能不便，并带来一些限制。

　　2. 需要手术：DBS手术涉及风险，如感染、出血和手术并发症，需要专业医疗团队的参与。

　　3. 后遗症及长期治疗效果因人而异，下面是一篇学术文章的摘要总结 (Surviving 10 years with deep brain stimulation for Parkinson's disease--a follow-up of 79 patients ）

　　背景和目的：对于严重帕金森病（PD）患者，深脑刺激（DBS）在控制运动症状和改善生活质量方面优于最佳药物治疗。然而，疾病的进展无法控制，随着时间的推移，痴呆的发展几乎是不可避免的，通常导致需要入住养老院。本研究旨在检查10年生存率、幻觉、痴呆和养老院安置的情况，同时评估不良事件。

　　方法：研究人员仔细审查了奥胡斯大学医院于1998年至2003年期间进行亚临床核区DBS治疗的79名PD患者的档案，包括从基线到10年治疗或死亡的所有信息。

　　结果：在10年的随访期内，有24名患者去世。手术时年龄超过60岁的患者死亡率增加了2.3倍（P = 0.04）。在55名存活患者中，有29名（53%）患有痴呆，19名（35%）入住养老院。手术到痴呆的平均时间为5.6 ± 2.9年。幻觉和养老院安置与死亡率增加有关。

　　结论：包括10年DBS治疗在内的PD患者的25年生存率为70%，说明这是一组经过筛选的PD患者。痴呆的患病率随着手术后的时间逐渐增加，符合疾病进展的预期，可能是早期事件。与少数类似的长期研究相比，本研究在同一DBS中心对更大的队列进行了更长时间的随访，没有患者失访，使结论更具可靠性。这些研究结果对于在决定是否进行DBS治疗时，对患者、照顾者和医生都具有重要的预后意义。

　　结论

　　脑机接口是人类走向下一个文明必不可少的技术，人们应该以一种审慎,开放和全面的方式来看待脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）。这项技术有潜力在多个领域带来重大的影响，包括医疗、康复、通信、娱乐和神经科学研究，但同时也伴随着一些伦理、隐私和安全的挑战。以下是人们应该如何看待脑机接口技术的一些建议：

　　积极支持医疗和康复应用：脑机接口技术有潜力改善许多患有神经系统疾病或残疾的人们的生活质量。人们应该积极支持这些应用，因为它们可以帮助提高患者的生活质量。

　　深入研究潜在风险：人们应该认识到脑机接口技术可能伴随一些风险，如数据隐私、滥用、侵入性手术等。研究和监管应该专注于降低这些风险。

　　推动伦理和法律框架：人们应该积极参与伦理和法律框架的制定，以确保脑机接口技术的发展和使用是合法和伦理的。

　　保护隐私：随着脑机接口技术的发展，数据隐私变得尤为重要。人们应该关注如何保护个人脑部数据的隐私，以防止滥用或侵犯隐私。

　　促进研究和创新：脑机接口技术是一个不断发展的领域，需要不断的研究和创新。人们应该支持和鼓励科学家和工程师在这一领域的工作，以推动技术的进步。

　　促进公众教育：公众教育是关于脑机接口技术的重要一环，帮助人们了解技术的潜力和限制，以更好地应对其发展。

　　总之，脑机接口技术具有巨大的潜力，但它也伴随着伦理、法律和安全问题。人们应该以开放、审慎和参与的态度来看待这项技术，以确保其发展和应用是有益的、合法的和伦理的