脑机接口:等待一个医疗器械的诞生
脑机接口技术概述
脑机接口(Brain - Computer Interface,BCI)是一种在大脑与外部设备之间建立信息交互的技术,它将大脑的电信号转化为计算机或其他设备可以理解的指令,从而实现对外部设备的控制。目前没有标准的分类,通常可分为非侵入式和侵入式两种实现系统。非侵入式将神经电极贴在头皮表面,侵入式则通过外科手术植入脑内。据前瞻研究院发布的《2025 年脑机接口产业蓝皮书》,非侵入式脑机接口的研发占比达 75%。
脑机接口在医疗领域的应用契机
到现在为止,脑机接口在市场上还没有形成一款爆款产品,但对于一些过去束手无策的重大脑部疾病,如渐冻症、失语、重度截瘫等,脑机接口为它们带来了曙光。例如 2024 年 11 月 6 日,瘫痪四年多的小董大脑里植入了一个脑机接口,帮助他实现了自主喝水的动作。有专家预判 3 - 5 年内,脑机接口在重大脑疾病治疗方面将发挥重要作用。
国内脑机接口企业发展现状
国内脑机接口企业经过十多年的研发,产品进入临床验证,但距离产业化仍有一段路要走。以博睿康为例,其技术路线是从非侵入式走向半侵入式。所谓半侵入式,即通过手术布置电极,但电极并不刺入大脑皮层,而是像贴片一样,粘在颅骨下、皮层上方。在实践中,非侵入式脑机接口信号弱,侵入式脑机接口信号强,采集难度变低。
侵入式脑机接口的不同技术方案
不同企业的植入方案区别
目前各家公司采用的植入方案的区别在于植入电极的形态和植入方式不同。例如,马斯克的 Neuralink 采用的是柔性微电极阵列,从形态上看是一堆直径不到发丝 1/10 的细丝,为了将这些细丝植入大脑,他们开发了一款类似缝纫机的手术机器人。被视为 Neuralink 潜在竞争对手之一的美国 Paradromics 公司所采用的是硬针电极。深圳微灵医疗科技有限公司所采用的是高密度柔性网状薄膜电极阵列,在植入位置上,Neuralink 将柔性电极扎入脑组织,而微灵医疗选择将网状薄膜电极阵列贴附在硬脑膜下的皮层表面。
技术面临的挑战
现在做薄膜电极阵列的工艺仍面临耐久性的挑战,电极在脑内如不通电,理论寿命估计可达十年;但实际应用中,脑机接口需要通电进行采集信号,还要给电刺激,所以电极容易损坏,导线在绝缘层内容易脱离断裂。扎入脑组织的电极损坏后需要取出,存在一定的风险,取出时脑组织有二次损伤,同一脑区域就不能再作为靶点了。而贴附于脑皮层表面的薄膜电极可以避开这个问题,如果使用寿命到了,可以把它撕下来,再贴一个新的,实现对同一脑区的重复利用。
脑机接口企业的应用策略与产业发展重点
应用策略
在澎湃科技的采访中,几家侵入式脑机接口企业的应用策略都是先落地科研,再瞄准医疗。例如博睿康的非侵入式设备首先在科研市场应用,后来在做植入式脑机接口时,能够与国内的临床大专家合作。
产业发展重点
脑机接口真正的发展在应用端,但到目前为止,产业生态尚未建立起来,脑机接口企业的首要任务是跑通应用场景。与数字永生相比,治疗疾病距离脑机接口产业更近。
植入式脑机接口医疗器械的系统构成
植入式脑机接口应用于医疗场景相对复杂,一整套脑机接口系统由医疗器械设备和反馈训练服务组成。器械设备由神经信息获取装置、神经信息解析装置与外部交互装置三部分硬件以及配属的软件构成。
神经信息获取装置(传感器)
利用神经界面技术来感应脑神经信号,包括用神经微电极接收神经元活动产生的微弱电信号。刺入脑组织的电极不可避免地会造成一定的神经组织损伤,传统的硬质电极由于会引发生物免疫反应导致阻抗逐渐升高,信号减弱。贴敷在脑组织表面的皮层脑电(ECoG)电极虽然对脑组织的损伤很低且信号稳定,但采集脑信息的时空精度受限。
神经信息解析装置(处理器)
将神经微电极感应到的模拟电信号经过滤波、放大之后,转变成数字信号完成预处理,再通过数字处理算法提取神经特征信息,再借助亚实时级解码算法将提取的信息特征转换为可以理解的物理变量值,完成神经信息解码。此部分需要优先考虑专用神经电子芯片和解码算法。
功能执行装置(效应器)
主要功能是从信号处理器接收已解码的脑信息,并实现用户的意图或将外部信息反馈回大脑。此部分优先考虑操作的安全性、实时性和自然性。
脑机接口医疗器械转化面临的问题
由于植入式脑机接口技术复杂,以及没有类似的临床医疗器械先例,医械监管部门和产学研医用各方的密切合作才能有效推动植入式脑机接口技术的临床转化和医疗器械产品化。有源植入式医疗器械从定义、研发、样机,经过临床试验,再获得政府批准进入市场往往需要 5 - 10 年的时间