脑机芯片迎来转折点

Donoghue 与改变该领域的时刻

本周，John Donoghue 教授——BrainGate 研究项目首个脑芯片的创造者——告诉广播媒体，脑机接口（BCIs）已经达到了一个“临界点”。这一断言正值工程进步、紧急临床需求和不断扩大的商业团队汇合之际：微型电极阵列、更快的算法和新的植入设计终于开始在人体中进行测试，而不仅仅是在实验室模型中。对于因脊髓损伤或中风而瘫痪的患者来说，这一承诺是切实的；对于其他所有人来说，这一现实引发了关于隐私、知情同意以及谁将制定神经数据规则的问题。

首个脑芯片创造者——技术根源与早期实验

当人们询问“什么是脑芯片以及它是如何工作的？”时，他们通常是指一种侵入式植入物：放置在脑组织上或脑组织内的一组紧凑的电极阵列，用于感知神经元的电活动。这些模拟信号被放大、数字化并输入到软件中，该软件将神经放电模式解码为指令——移动光标、选择字母或驱动机械臂。关键组件包括电极接口、低噪声电子设备、信号处理和将神经模式映射到意图的机器学习解码器。

John Donoghue 及其同事在二十多年前利用早期的 BrainGate 系统证明了这种方法的潜力，该系统记录了严重瘫痪患者运动皮层的活动。这项工作回答了一个根本性的问题：即使在周围功能丧失后，驱动运动的皮层信号是否仍然保留？答案是肯定的——一旦研究人员能够可靠地捕捉到这些信号，临床有用的解码之门就打开了。早期的演示将这些神经脉冲转化为光标移动和简单的假体控制；它们表明，定向电极和巧妙的解码可以恢复用户认为已经失去的功能。

临床推动与工程壁垒

该领域已从实验台上的实验演变为越来越多的临床试验。目前，几家公司和学术团体正在追求更小、能效更高、并专为在体内更长时间停留而设计的植入系统。但工程障碍对于获得监管部门的批准仍然起着决定性作用：设备必须不会引起慢性感染，必须避免在数年内损坏组织，并且必须控制散热——在大脑受到伤害之前，只能忍受 1 到 2 度的局部温升。接口的寿命是另一个令人担忧的问题；工作良好的电极可能会在几个月或几年内随着大脑在异物周围形成疤痕组织而退化。

这些限制解释了为什么当今的大多数工作都集中在具有明确利益风险权衡的医疗适应症上：恢复沟通、实现基本的肢体控制或赋予瘫痪患者独立性。非必需的消费级使用的临床标准要高得多，因为当获益是便利而非恢复健康时，对手术风险的耐受程度要低得多。

首个脑芯片创造者——为什么专家称其为临界点

专家们指出了证明“临界点”说法合理的几个趋同趋势。首先，材料科学和微加工技术已经生产出比以前更密集、生物相容性更好的电极阵列。其次，机器学习解码器在从噪声神经信号中提取意图方面变得大有改观，能够用更少的电极实现更丰富的控制。第三，系统集成——结合传感器、低功耗电子设备和无线遥测技术——现在可以装入能够植入并维持更长时间的封装中。综上所述，这些进步已将技术从脆弱的演示推向了临床医生认为能够进行小规模人体队列测试的系统。

Donoghue 和其他先驱者还强调了一个务实的驱动因素：临床需求。全球有数百万患有瘫痪、闭锁综合征或严重运动缺陷的人，他们有望从哪怕是微小的沟通或活动能力提升中受益。这种未被满足的需求加速了投资和监管关注，进而推动工程技术的进步，比单纯的学术周期更快。

隐私、安全与伦理风险

即使这些系统在技术上变得可行，伦理和社会问题也会成倍增加。核心担忧是神经数据保护：什么算是一个人的思想或意图，谁拥有从大脑记录的信号，以及当设备可以记录长时间的神经活动流时，知情同意必须如何构建？Donoghue 和其他人强调，目前的系统解码的是相当具体的控制信号——而不是字面意义上的“读心术”——但他们也警告说，分析技术的改进可能会随着时间的推移从相同的测量中提取出更多的信息。

安全是一个未得到足够重视的风险。如果没有建立适当的保护措施，任何具有无线接口的植入物都可能受到攻击、欺骗或数据泄露。该领域已经出现了在动物身上进行的充满伦理争议的实验——特别是最近关于使用神经植入物诱导鸟类导航的报告——这强调了神经接口如何在医疗环境之外被改作他用。这些非医疗演示强化了治理的需求：涵盖研究用途、国内和军事应用以及商业部署的规则。

临床风险同样严峻。手术带有感染和出血风险；长期植入物面临组织反应、设备故障以及如果系统退化可能导致功能丧失的问题。因此，监管机构不仅会关注有效性，还会关注耐用性、安全边际以及移除或升级植入物的机制。

消费级脑芯片何时可能出现？

预测各不相同，但一个实际的区别会有所帮助：针对严重残疾的治疗性植入物可能比消费级产品更早达到获准的、有限的临床应用。前者具有很高的即时收益，因此有更有力的理由忍受侵入性程序。后者则需要被证明是安全的、易于植入和移除、具有成本效益且为社会所接受的植入物——这是一个更难实现的组合。

非侵入式脑机接口——读取表面脑电图（EEG）信号或使用光学传感器的头戴式设备——已经进入消费市场，用于简单的任务（游戏、注意力追踪），那里的改进可能会更快地渗透到日常生活中。能够实现设备无缝控制的全植入式、高带宽消费级芯片仍处于推测阶段：大多数专家预计需要数年到十年甚至更久，如果政策和公众辩论延缓了部署，时间线还会进一步拉长。简而言之，近期商业化的可能性在可穿戴、非手术型 BCIs 上，要比直接面向普通消费者的手术植入物更大。

政策、监管与临床医生的作用

由于植入物处于医学、消费电子和数据科学的交叉点，它们需要混合监管。临床试验将测试安全性和有效性；伦理审查委员会必须评估知情同意框架和长期随访；数据保护监管机构将需要对神经数据进行分类，以进行托管、保留和许可使用。研究人员和临床医生呼吁制定前瞻性政策，以便公众辩论、法律保障和技术标准能与部署同步，而不是事后追赶。

这正是 Donoghue 和其他人所主张的：追求治疗潜力，但现在就建立治理机制，这样社区、患者和临床医生以后就不会只能对技术突发状况做出反应。另一种选择是权宜之计，这可能会削弱公众信任并减缓技术的合法收益。

对于已经瘫痪多年的患者来说，一个能让他们发送消息或移动光标的设备可以改变日常生活。对于整个社会来说，实用的、可植入 BCIs 的出现迫使技术、法律和伦理工作进行罕见的结合。该技术已经成熟到了无法再推迟这些对话的地步。

来源

• Brown University (BrainGate 研究)
• Neuralink (公司报告和人体试验)
• Duke University (生物伦理学评论)