“腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，侵入與非侵入方案已經(jīng)來(lái)到一個(gè)十字路口。”馬潔認(rèn)為，要解決目前非侵入式腦機(jī)接口的應(yīng)用瓶頸還是要回歸到臨床，來(lái)回答一個(gè)問(wèn)題——目前針對(duì)神經(jīng)康復(fù)，需要腦機(jī)接口為我們解決什么問(wèn)題？
當(dāng)前，全球人口老齡化的形式非常嚴(yán)峻，與人口老齡化密切相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病包括帕金森病（PD）、阿爾茨海默癥（AD）等，局灶性腦損傷則包括腦出血、腦梗、腦外傷等。老齡化程度越高，患者跌倒的風(fēng)險(xiǎn)就越高，因此導(dǎo)致腦外傷的發(fā)病率也會(huì)越高，這些疾病會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、言語(yǔ)、認(rèn)知等功能障礙進(jìn)而影響患者的日常生活能力。
如今腦血管病已經(jīng)成為我國(guó)居民死亡原因和致殘?jiān)蚴孜唬磕晷掳l(fā)200-250萬(wàn)例，年均增長(zhǎng)8.7%。腦損傷/脊髓損傷在我國(guó)腦損傷患病率為12.99/10萬(wàn)人，中重致殘率10%；神經(jīng)退行性病主要困擾65歲以上人群，其中AD患病率4%，PD患病率2%。
“而且這些疾病會(huì)相互影響，比如AD患者發(fā)生腦血管疾病時(shí)，其康復(fù)效果要比普通腦血管疾病患者更差，而且腦血管病的發(fā)生也會(huì)加速神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)程。”12月21日，在第二屆南渡江智慧醫(yī)療與康復(fù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，上海傲意信息科技有限公司醫(yī)療事務(wù)部副主任 馬潔博士 在主題為《侵入與非侵入，腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化的十字路口》的演講中說(shuō)到，“這些患者盡管接受了臨床治療和干預(yù)，但是一大部分還是有遺留功能障礙，因此需要開(kāi)發(fā)一些有效的干預(yù)策略，突破目前腦功能障礙的康復(fù)瓶頸。”
上海傲意信息科技有限公司醫(yī)療事務(wù)部副主任 馬潔博士
腦機(jī)接口的侵入式和非侵入式之爭(zhēng)
腦機(jī)接口是腦與外部設(shè)備之間的直接聯(lián)系設(shè)備，侵入式腦機(jī)接口需要進(jìn)行植入手術(shù)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別腦電信號(hào)，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)顱內(nèi)的出血和感染的風(fēng)險(xiǎn)，以及局部的神經(jīng)元損害和膠質(zhì)細(xì)胞疤痕形成。所以目前在臨床上大規(guī)模的應(yīng)用侵入式的腦機(jī)接口其實(shí)還是有爭(zhēng)議，目前美國(guó)的FDA和歐洲的MDR都不認(rèn)可其在臨床的大規(guī)模應(yīng)用。
非侵入式的腦機(jī)接口雖然沒(méi)有侵入式腦機(jī)接口帶來(lái)的腦損傷，但是解碼的準(zhǔn)確率和可靠性比較低。65%-80%的準(zhǔn)確性作為腦控的用途來(lái)說(shuō)過(guò)低，目前只適用于輕度的神經(jīng)康復(fù)患者，例如腦卒中后的神經(jīng)康復(fù)，盡管證明有效，但這類患者中個(gè)體的療效差異非常明顯。
馬潔表示，腦機(jī)接口為腦損傷患者的神經(jīng)康復(fù)其實(shí)帶來(lái)了一種新的可能，但是侵入式和非侵入式腦機(jī)接口目前存在的局限性，制約了腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，“國(guó)際上的項(xiàng)目組在干預(yù)運(yùn)動(dòng)功能障礙做了思考和嘗試，例如2021年FDA批準(zhǔn)了第一個(gè)腦機(jī)接口的注冊(cè)IpsiHand, Neurolutions。”
“腦機(jī)接口的產(chǎn)業(yè)化，侵入與非侵入方案已經(jīng)來(lái)到一個(gè)十字路口。”馬潔認(rèn)為，要解決目前非侵入式腦機(jī)接口的應(yīng)用瓶頸還是要回歸到臨床，來(lái)回答一個(gè)問(wèn)題——目前針對(duì)神經(jīng)康復(fù)，需要腦機(jī)接口為我們解決什么問(wèn)題？
神經(jīng)元環(huán)路重塑，腦機(jī)接口將起到大用處
目前腦出血、腦梗、腦外傷這些疾病會(huì)導(dǎo)致上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的損害，發(fā)生運(yùn)動(dòng)無(wú)力、痙攣等等。加州大學(xué)洛杉磯分校戴維·格芬醫(yī)學(xué)院的美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授布魯斯·H·多布金（Bruce H. Dobkin）在《新英格蘭醫(yī)學(xué)期刊》（New England Journal of Medicine）發(fā)表的關(guān)于術(shù)中后康復(fù)文章中，明確指出了肌肉無(wú)力和運(yùn)動(dòng)控制減弱是造成殘疾的最主要原因，功能康復(fù)的關(guān)鍵是神經(jīng)元環(huán)路的重塑。
不同嚴(yán)重程度的中風(fēng)破壞的結(jié)構(gòu)不一樣，比如常見(jiàn)的小中風(fēng)，往往導(dǎo)致單個(gè)功能部分腦區(qū)的破壞，大面積的中風(fēng)包括皮層和皮層下都發(fā)生了破壞，結(jié)構(gòu)損傷是最嚴(yán)重的。
在神經(jīng)環(huán)路中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)屬于上游，肌肉神經(jīng)連接屬于下游。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能的神經(jīng)連接往往是一個(gè)單突觸，而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的肌肉神經(jīng)環(huán)路往往是多突觸連接。當(dāng)腦損傷發(fā)生后，神經(jīng)環(huán)路的信息傳遞路徑會(huì)發(fā)生變化，所以腦電信號(hào)采集在腦機(jī)接口中是非常重要的部分。
運(yùn)動(dòng)想象電位本質(zhì)是一種運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，建立在有足夠的結(jié)構(gòu)保留度基礎(chǔ)上。人在運(yùn)動(dòng)想象的過(guò)程中，大腦皮層會(huì)產(chǎn)生兩種變化明顯的節(jié)律信號(hào)，分別是8-15Hz的μ節(jié)律信號(hào)和18-24Hz 的β節(jié)律。在運(yùn)動(dòng)想象時(shí)，神經(jīng)元細(xì)胞被激活、新陳代謝速度加快，大腦皮層對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)區(qū)的腦電節(jié)律能量會(huì)明顯降低，而同側(cè)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)區(qū)的腦電節(jié)律能量增大，這種現(xiàn)象稱為事件相關(guān)去同步（Event Related Desynchronization，ERD）/事件相關(guān)同步（Event Related Synchronization，ERS）。
馬潔表示，“不管各種原因?qū)е碌哪X損傷之后，結(jié)構(gòu)保留度或多或少都會(huì)造成破壞，這會(huì)影響到腦電信號(hào)的采集。”
一篇題為《Brain-Computer Interface-ControlledExoskeletons in Clinical Neurorehabilitation:Ready or Not?》的論文，論述了腦機(jī)接口控制外骨骼在臨床的應(yīng)用，文中指出我們需要運(yùn)動(dòng)輔助裝置來(lái)幫助恢復(fù)上肢功能，尤其是手功能，同時(shí)也指出腦電的低信噪比和穩(wěn)定性，導(dǎo)致信號(hào)分類的準(zhǔn)確率比較低（僅為60-80%），而且難以在日常場(chǎng)景中長(zhǎng)期佩戴使用。
突破常規(guī)康復(fù)體系
那么第二個(gè)問(wèn)題就來(lái)了，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)對(duì)于智能運(yùn)動(dòng)輔助裝置的有效、精準(zhǔn)和實(shí)施控制？馬潔認(rèn)為，一篇名為《Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series ofthree patients》的論文給了我們一個(gè)很好的思路，就是利用仿生裝置通過(guò)恢復(fù)可識(shí)別的肌電信號(hào)來(lái)控制仿生手。
馬潔認(rèn)為，可以通過(guò)腦損傷患者的腦肌電偶聯(lián)，通過(guò)增強(qiáng)肌電信號(hào)的解碼控制外骨骼。“腦肌電偶聯(lián)是通過(guò)分析皮層活動(dòng)和肌肉活動(dòng)的振蕩頻率來(lái)分析連接方法，這篇文章為CMC用于康復(fù)提供了證據(jù)和支持。這項(xiàng)研究表明，當(dāng)患者發(fā)生腦卒后，腦肌電偶聯(lián)的一致性會(huì)發(fā)生下降，當(dāng)我們進(jìn)行視覺(jué)反饋，包括電刺激、神經(jīng)調(diào)控方法干預(yù)之后，其腦肌電偶聯(lián)的一致性會(huì)得到改善，進(jìn)而運(yùn)動(dòng)功能也會(huì)得到改善。”
應(yīng)該怎樣突破非侵入式的腦機(jī)接口在腦損傷患者應(yīng)用的困局？傲意提出基于腦肌電聯(lián)合解碼的意圖識(shí)別和運(yùn)動(dòng)輔助的方法來(lái)重建腦卒后，主要通過(guò)腦肌和肌肌接口來(lái)訓(xùn)練腦卒中患者的腦肌電關(guān)系，來(lái)重建大腦和周圍肌肉的偶聯(lián)，增強(qiáng)其肌電信號(hào)，再通過(guò)肌電信號(hào)來(lái)控制外骨骼，進(jìn)而恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。
“常規(guī)的康復(fù)體系一般以恢復(fù)動(dòng)作為目標(biāo)，而我們建立的是以恢復(fù)肌電信號(hào)為目的的體系，基于此我們研發(fā)了三套體系。”馬潔說(shuō)到，第一套是NeuCir Max，主要目的是提高患者自身的肌電信號(hào)和控制能力，患者在康復(fù)進(jìn)程中根據(jù)VR來(lái)訓(xùn)練連貫使用。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制輕便外骨骼完成日常生活任務(wù)奠定一個(gè)基礎(chǔ)。第二套NeuCir-Pro則為控制輕便外骨骼完成日常生活任務(wù)奠定了基礎(chǔ)；第三套NeuCir-Lite有效解決ADL需求的上肢助力穿戴外骨骼。
關(guān)于傲意科技
傲意科技（OYMotion Technologies）成立于2015年3月，先后獲得張江火炬、廈門(mén)堅(jiān)果兄弟、廈門(mén)啟誠(chéng)資本、廣發(fā)信德、廣州國(guó)發(fā)、前海方舟、星陀資本的投資，核心團(tuán)隊(duì)曾服務(wù)于Qualcomm，Intel，GE，Amlogic，Medtronic，Sinopharm等知名公司。 傲意科技主要研發(fā)生物信號(hào)傳感器、生物信號(hào)人工智能模式識(shí)別、智能輔具、智能仿生義肢等前沿技術(shù)和產(chǎn)品。
關(guān)于馬潔博士
馬潔，醫(yī)學(xué)博士，副主任醫(yī)師。兼任中國(guó)中藥協(xié)會(huì)腦病藥物研究專委會(huì)委員，中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)中醫(yī)康復(fù)技術(shù)傳承創(chuàng)新平臺(tái)委員，第四屆心身醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)青年委員。從事認(rèn)知功能障礙的中西醫(yī)臨床研究及基礎(chǔ)研究，主持國(guó)家自然基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，作為課題骨干參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)。申請(qǐng)發(fā)明專利4項(xiàng)、外觀專利3項(xiàng)。獲上海市“杏林新星”人才項(xiàng)目，2022年獲中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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