腦機(jī)接口 “破壁”：技術(shù)突破與風(fēng)險(xiǎn)的博弈

澎湃新聞?dòng)浾?季敬杰

2025-04-01 07:09

來源：澎湃新聞

·對(duì)于那些可能有機(jī)會(huì)參與臨床實(shí)驗(yàn)?zāi)酥猎谖磥硎褂蒙虡I(yè)化產(chǎn)品的患者來說，可能需要更多了解腦機(jī)接口的原理與風(fēng)險(xiǎn)，才能更好地平衡自己的期待，既不過于懼怕，也不過度神化。

2024年11月6日下午2點(diǎn)多，董先生被推進(jìn)手術(shù)室，準(zhǔn)備接受人生中第一次開顱手術(shù)，在顱骨內(nèi)植入一款硬幣大小的腦機(jī)接口設(shè)備。4年前于一場(chǎng)車禍中脊髓損傷而癱瘓的他，在嘗試各種療法康復(fù)無果后，決定成為這項(xiàng)前沿技術(shù)的臨床試驗(yàn)受試者。

通過采集大腦中的電信號(hào)，腦機(jī)接口設(shè)備能讓佩戴者用“意念”操作電腦乃至機(jī)械手臂。對(duì)于脊髓損傷一類的患者來說，這種意念反饋訓(xùn)練也可能有助于神經(jīng)功能的重塑。盡管被告知手術(shù)存在風(fēng)險(xiǎn)，董先生依然決定抓住這次實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，希望能夠收獲一些治療效果，“哪怕能讓胳膊動(dòng)一動(dòng)”。

國內(nèi)腦機(jī)接口正全面進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。根據(jù)公開報(bào)道，中國在去年和前年有超過5名患者在研究者發(fā)起的臨床試驗(yàn)（IIT）中接受了侵入式腦機(jī)接口手術(shù)。相關(guān)企業(yè)均表示正在推進(jìn)更大規(guī)模的試驗(yàn)。

更多像董先生這樣的患者將獲得參與腦機(jī)接口試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，他們需要在安全性與治療收益之間做出抉擇：在腦袋里植入這樣的設(shè)備，到底安不安全？

全球已有近百名患者參與了腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)

在我們從事不同活動(dòng)時(shí)，比如思考不同事情、看向不同位置時(shí)，大腦中神經(jīng)元釋放的電信號(hào)也會(huì)呈現(xiàn)出不同的模式，將這些模式記錄并傳輸給計(jì)算機(jī)，根據(jù)解碼的信息進(jìn)行控制、反饋等操作，這是腦機(jī)接口（Brain-Computer Interfaces，BCI）的基本原理。

我們的腦袋大致由頭皮、頭骨、腦硬膜和腦組織構(gòu)成。若要獲得更真實(shí)、更清晰的信號(hào)，如同“在內(nèi)場(chǎng)看球賽”，最好的選擇是將采樣電極通過開顱手術(shù)放置在特定區(qū)域（如負(fù)責(zé)感覺與運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)）的腦組織中，這就是“侵入式”腦機(jī)接口（invasive BCI）。

與只需要在頭皮上貼電極的非侵入式腦機(jī)接口相比，侵入式的風(fēng)險(xiǎn)首先體現(xiàn)在手術(shù)上。開顱手術(shù)可能導(dǎo)致術(shù)后感染與顱內(nèi)出血，如果要切開硬膜放置電極，還可能出現(xiàn)腦組織損傷、腦脊液漏等風(fēng)險(xiǎn)。

隨著影像技術(shù)和微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，開顱手術(shù)本身的風(fēng)險(xiǎn)正在降低，而醫(yī)學(xué)界對(duì)于在大腦中植入電極等設(shè)備的手術(shù)實(shí)際上也有數(shù)十年的積累。如在1980年代，科學(xué)家們已經(jīng)在深腦刺激療法（DBS）中使用電極植入調(diào)控帕金森患者的神經(jīng)活動(dòng)，到今天已經(jīng)有非常成熟的產(chǎn)品。

然而，以“采集信號(hào)”為主要目的的腦機(jī)接口與以往的植入設(shè)備有顯著不同，采集更多、更清晰的信號(hào)往往意味著更多的電極更深地刺入腦中。2004年，美國的一名癱瘓患者馬修·內(nèi)格爾（Matthew Nagle）成為了第一個(gè)腦機(jī)接口植入者。這款接口使用的是一種被稱為“猶他”的刺入式電極陣列，由96根硅質(zhì)電極針組成。這些電極被放置在內(nèi)格爾的運(yùn)動(dòng)皮層中，并通過頭骨上的接口與外面的計(jì)算機(jī)相連。

電極刺入腦組織中，可能位移甚至折斷，不可避免地使神經(jīng)受到傷害。這些可能引發(fā)感染等免疫反應(yīng)，對(duì)使用者的健康造成風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果電極與外部設(shè)備通過有線方式來連接，可能增加頭皮感染的可能性。

從馬修·內(nèi)格爾開始，全球已經(jīng)有近百名患者參與了腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)，早期參與者甚至組織了一個(gè)叫做“腦機(jī)接口先鋒聯(lián)盟”（BCI Pioneers Coalition）的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。根據(jù)公開報(bào)道，目前還沒有出現(xiàn)侵入式腦機(jī)接口造成嚴(yán)重痛苦甚至危及生命的案例。

一篇于2025年1月發(fā)表在《自然綜述·生物工程》（Nature Reviews Bioengineering）上的綜述論文總結(jié)了1998年至2023年全球范圍內(nèi)侵入式腦機(jī)接口的臨床試驗(yàn)進(jìn)展。在這25年間，共有67名脊髓損傷、神經(jīng)元疾病與中風(fēng)患者植入了腦機(jī)接口，年齡范圍在22歲到72歲之間，設(shè)備留存平均時(shí)長(zhǎng)為40.2個(gè)月，最長(zhǎng)達(dá)8.5年。這些患者身上均沒有觀察到腦機(jī)接口的嚴(yán)重副作用。

更高的安全性關(guān)系到腦機(jī)接口能否真正成為一項(xiàng)普惠性技術(shù)。在近期的發(fā)展中，科學(xué)家與工程師們一直在嘗試提升這些侵入式電極的生物相容性。馬斯克的Neuralink公司使用了一種更細(xì)、更柔軟的柔性電極。上海腦虎科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“腦虎科技”）創(chuàng)始人陶虎告訴澎湃科技，柔性電極刺入柔軟的腦組織中，依附性會(huì)更好，不容易位移。深圳微靈醫(yī)療科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“微靈醫(yī)療”）則使用了一種薄膜電極技術(shù)，將柔性電極薄膜直接貼在腦組織上，避免了刺入的傷害。

除了在電極材料上進(jìn)行優(yōu)化之外，電極的通道數(shù)以及隨之而來的設(shè)備功耗、損耗等問題也被研發(fā)者們整體考量。微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健表示，目前從事腦機(jī)接口研發(fā)的多為小型初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，在整個(gè)行業(yè)生態(tài)尚未建立、療效與風(fēng)險(xiǎn)還在探索階段時(shí)，應(yīng)更加注重腦機(jī)接口的安全性問題。

董先生植入的設(shè)備由博?？滇t(yī)療科技（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“博?？怠保┡c清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系洪波教授團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)。這款腦機(jī)接口并不刺入腦組織，而是放置在硬膜之外，且通過無線的方式與外部設(shè)備通信。他說，腦機(jī)接口裝上以后，沒有特別的感覺，“就像沒有裝一樣”。

平衡風(fēng)險(xiǎn)、療效與期待

上海大學(xué)特聘教授肖峰從事信息技術(shù)哲學(xué)方面的研究。他提到：“腦機(jī)接口技術(shù)，包括任何技術(shù)，要做到絕對(duì)的安全是不可能的，但維持一定的安全系數(shù)，在風(fēng)險(xiǎn)和收益之間使收益從總體上遠(yuǎn)高于風(fēng)險(xiǎn)，是基本的原則?！?/p>

目前腦機(jī)接口在治療方面的應(yīng)用大致有功能替代和神經(jīng)修復(fù)兩個(gè)方向，前者指患者通過腦機(jī)接口操縱電腦、輪椅、機(jī)械手等設(shè)備，讓它們成為自己肢體的替代。而后者則是通過腦機(jī)接口的訓(xùn)練來幫助神經(jīng)功能進(jìn)行修復(fù)。這些效果離實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)的距離。

博?？祫?chuàng)始人胥紅來說，臨床試驗(yàn)機(jī)構(gòu)招募患者參加腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)是一件比較困難的事情。“很多人第一次聽說這個(gè)東西，以前沒有過，沒有示范效應(yīng)，大家都覺得肯定有風(fēng)險(xiǎn)，也不知道腦機(jī)接口到底能做什么。很多來參加的患者是有為科學(xué)做貢獻(xiàn)的精神。”

隨著近年來逐漸有了第一批“吃螃蟹”的人現(xiàn)身說法，感覺招募開始變得容易了一些，“風(fēng)險(xiǎn)變低了，康復(fù)的遠(yuǎn)景在這里?！?/p>

通過使用腦機(jī)接口操縱氣動(dòng)手套的訓(xùn)練，董先生意外地發(fā)現(xiàn)原先無力的手漸漸開始能夠抓握，癱瘓的下半身也開始恢復(fù)知覺。他因此深受鼓舞，“睡得香了，吃得也多了”。

胥紅來介紹，這可能是因?yàn)樯窠?jīng)存在可塑性，當(dāng)大腦通過腦機(jī)接口重新學(xué)習(xí)肌肉控制，并通過機(jī)械手套獲得真實(shí)反饋的時(shí)候，就形成了新的連接方式，“一通百通”了。

他同時(shí)也指出，這種康復(fù)效果是高度差異化的，個(gè)體、設(shè)備和疾病差異等因素都會(huì)影響康復(fù)效果，在有些時(shí)候也可能沒有療效。還需要更多的研究和試驗(yàn)來探索其中的規(guī)律。

隨著腦機(jī)接口逐漸進(jìn)入公眾視野、企業(yè)等相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)更加注重正面宣傳，腦機(jī)接口在很多人眼中從“高風(fēng)險(xiǎn)”變成了“有奇效”。一位在醫(yī)院康復(fù)科從事非侵入型腦機(jī)接口研究的醫(yī)生告訴澎湃科技，很多患者對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)抱有過于殷切的期待。一位頻繁詢問她研究進(jìn)展的中風(fēng)偏癱患者這樣說道：“我們這里有好幾位患者，等你們腦機(jī)接口技術(shù)成熟了，都想到你這兒恢復(fù)正常人的尊嚴(yán)。這是人類歷史上最偉大、最功德圓滿的事業(yè)！”

這些說法常常讓這位醫(yī)生哭笑不得。她說，腦機(jī)接口的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，“比如腦控輪椅，在真實(shí)的環(huán)境中干擾特別多，患者也難以集中注意力去控制，目前還是很難實(shí)際應(yīng)用的?！?/p>

在不少報(bào)道中，植入腦機(jī)接口的患者通常為功能替代或者神經(jīng)恢復(fù)效果而感到興奮，而當(dāng)療效未達(dá)預(yù)期時(shí)，他們的沮喪也顯而易見。剛剛植入Neuralink的腦機(jī)接口時(shí)，諾蘭·阿博（Noland Arbaugh）成功通過意念玩起了電腦游戲。而短短數(shù)月之后，85%的電極脫落，設(shè)備性能開始下降。他希望醫(yī)生馬上再次安排手術(shù)來調(diào)整設(shè)備，卻被以手術(shù)間隔時(shí)間太短為由拒絕。這讓他感到有些郁悶。

對(duì)于那些可能有機(jī)會(huì)參與試驗(yàn)?zāi)酥猎谖磥硎褂蒙虡I(yè)化產(chǎn)品的患者來說，可能需要更多了解腦機(jī)接口的原理與風(fēng)險(xiǎn)，才能更好地平衡自己的期待，既不過于懼怕，也不過度神化。

網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)

除了生理風(fēng)險(xiǎn)之外，作為一項(xiàng)能夠“讀取”大腦數(shù)據(jù)的技術(shù)，腦機(jī)接口在理論上還有可能引起別的風(fēng)險(xiǎn)，甚至引發(fā)社會(huì)的變化。肖峰說，多名倫理學(xué)家、醫(yī)生、神經(jīng)科學(xué)家曾于2017年聯(lián)名在《自然》（Nature）雜志上將腦機(jī)接口的風(fēng)險(xiǎn)概括為安全性、知情同意、隱私保護(hù)、公平、主體性和身份認(rèn)同感幾大方面。

腦機(jī)接口可能面臨網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。如果這些設(shè)備依賴無線數(shù)據(jù)傳輸，可能成為網(wǎng)絡(luò)攻擊目標(biāo)，攻擊者可通過篡改信號(hào)操控用戶行為（如控制假肢自毀）或竊取神經(jīng)數(shù)據(jù)。另外，如果未來能夠通過腦機(jī)接口采集的數(shù)據(jù)細(xì)致還原人的想法，那這些數(shù)據(jù)的暴露將使人毫無隱私，“猶如在聚光燈下裸奔?！?/p>

公平問題則是指腦機(jī)接口可能加劇社會(huì)不平等，如富裕階層可以優(yōu)先獲得腦機(jī)接口技術(shù)給予的增強(qiáng)功能（如認(rèn)知提升），而弱勢(shì)群體（如殘障人士）可能因費(fèi)用或技術(shù)門檻無法享受基礎(chǔ)治療。

主體性和身份認(rèn)同感方面的風(fēng)險(xiǎn)則在于腦機(jī)接口可能通過干預(yù)或增強(qiáng)大腦功能來影響用戶的自主決策。

“例如，若用于調(diào)節(jié)情緒，可能模糊自然情感與人工干預(yù)的界限，威脅用戶的自我認(rèn)同。在腦機(jī)接口與使用者達(dá)不到高度融合時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致用戶懷疑‘這是我做的嗎？’。一旦出現(xiàn)意外后果，則會(huì)帶來歸責(zé)的問題?！毙し逭f。

有腦機(jī)接口研發(fā)者告訴澎湃科技，這些風(fēng)險(xiǎn)雖然在理論上存在，但現(xiàn)在討論為時(shí)尚早。也有從業(yè)者認(rèn)為，在技術(shù)發(fā)展的早期階段，談?wù)撨@些風(fēng)險(xiǎn)過于“敏感”，可能會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不利。

肖峰指出，腦機(jī)接口風(fēng)險(xiǎn)的多數(shù)場(chǎng)景還屬于“科幻范疇”，尚未顯性化。如果從倫理風(fēng)險(xiǎn)角度對(duì)技術(shù)過度干預(yù)，確實(shí)有可能限制它的發(fā)展。

“但另一方面，也要警惕‘科林格里奇困境’（Collingridge dilemma）：一項(xiàng)技術(shù)在早期階段易于調(diào)整但難以預(yù)測(cè)影響，而在成熟期影響顯現(xiàn)時(shí)卻已難以控制?！彼f，“今天的倫理討論有可能會(huì)決定未來人類能否保持‘神經(jīng)主權(quán)’?！?/p>

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院人文學(xué)院教授、醫(yī)學(xué)倫理學(xué)研究者張新慶認(rèn)為，倫理問題的原則就是善與惡的道德原則，但對(duì)于腦機(jī)接口這樣的前沿技術(shù)，除了將其用于有害目的“謬用”造成的風(fēng)險(xiǎn)以外，濫用與誤用所導(dǎo)致的“無知風(fēng)險(xiǎn)”也可能導(dǎo)致惡果。

“比如腦機(jī)接口假如與人工智能融合到一起，人的思想、機(jī)器的‘思想’與神經(jīng)組織緊密結(jié)合到一起，這種匯集技術(shù)造成嚴(yán)重不良事件的后果和可能性，應(yīng)該說現(xiàn)在我們還不是很清楚?！彼e例道。

因此，對(duì)于這類研究的開展和產(chǎn)品的開發(fā)，完善的治理機(jī)制是必要的?！凹劝ㄗ陨隙碌恼邔?duì)企業(yè)和學(xué)界的管理，也包括自下而上的患者群體、公眾代表、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、倫理委員會(huì)、輿論媒體的互動(dòng)，在每一個(gè)點(diǎn)上都有充分的討論，最終兼顧風(fēng)險(xiǎn)與收益的平衡?！睆埿聭c說。