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關(guān)注《基于頭皮腦電信號(hào)的無創(chuàng)腦機(jī)接口在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的臨床應(yīng)用上海專家共識(shí)》，執(zhí)筆專家?guī)硪c(diǎn)解讀！
撰文：Nina
在電影《黑客帝國》中，人類被機(jī)器人控制，通過數(shù)據(jù)線將人類的腦電波上傳到“矩陣”中，使得人類意識(shí)沉浸在虛擬之像中；在《流浪地球2》中，科學(xué)家通過連接大腦的電極片，試圖實(shí)現(xiàn)“賽博永生”……這些為人津津樂道的橋段，都離不開腦-機(jī)接口（BCI）這一核心技術(shù)。
近期，上海市醫(yī)學(xué)會(huì)腦電圖與臨床神經(jīng)生理?？品謺?huì)組織臨床、工科及理科相關(guān)專家聯(lián)合撰寫了《基于頭皮腦電信號(hào)的無創(chuàng)腦機(jī)接口在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的臨床應(yīng)用上海專家共識(shí)》。該共識(shí)是我國首個(gè)指導(dǎo)無創(chuàng)BCI臨床應(yīng)用的專家共識(shí)，對(duì)于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。”醫(yī)學(xué)界”特?cái)y手上海市醫(yī)學(xué)會(huì)和《上海醫(yī)學(xué)》雜志共同策劃本期“執(zhí)筆者說”欄目，邀請(qǐng)共識(shí)執(zhí)筆者和技術(shù)專家——復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院丁晶教授、上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院楊幫華教授、華東理工大學(xué)李舒蕊博士對(duì)共識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行解讀。
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什么是BCI？它如何應(yīng)用于臨床醫(yī)療？
楊幫華教授
自20世紀(jì)60年代末至70年代初誕生以來，BCI技術(shù)經(jīng)歷了多個(gè)重要發(fā)展階段。
BCI技術(shù)最早萌芽于20世紀(jì)60年代，早期的BCI概念幾乎是幻想性的。而在80年代至90年代P300腦電波等關(guān)鍵研究的出現(xiàn)后，BCI逐步走向科學(xué)化，1999年BCI技術(shù)被正式定義為“一種建立在大腦與外部環(huán)境之間的特殊通訊系統(tǒng)”。進(jìn)入21世紀(jì)以來，BCI技術(shù)正式步入“快車道”，多種范式漸趨成熟。尤其在2020年后，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，BCI技術(shù)在解碼能力上取得顯著進(jìn)步，推動(dòng)了其在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
李舒蕊博士
BCI技術(shù)的基本原理是通過直接測量與用戶意圖相關(guān)的腦電信號(hào)，而非依賴外周肌肉和神經(jīng)的活動(dòng)，從而將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制指令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
腦機(jī)接口是一種建立在大腦與外部環(huán)境之間的特殊通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過檢測中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)并將其轉(zhuǎn)化為人工輸出，以替代、修復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充或改善人體大腦中樞神經(jīng)的正常輸出，從而實(shí)現(xiàn)中樞神經(jīng)與外界的交互作用。腦機(jī)接口系統(tǒng)按照采集方式不同主要分為侵入式、半侵入式和非侵入式３類。非侵入式的腦機(jī)接口技術(shù)在臨床探索與應(yīng)用研究中開展廣泛。
丁晶教授
BCI技術(shù)的多種范式，為患者提供了個(gè)體化的解決方案，適用于腦卒中后運(yùn)動(dòng)康復(fù)、肢體癱瘓、脊髓損傷等多種臨床場景。
在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，BCI可用于康復(fù)訓(xùn)練，如通過運(yùn)動(dòng)想象（MI）或視覺刺激（如SSVEP）幫助腦卒中患者恢復(fù)肢體功能，或利用P300信號(hào)輔助認(rèn)知功能恢復(fù)。此外，BCI還可用于意識(shí)障礙患者的意識(shí)檢測與評(píng)估，通過分析腦電活動(dòng)判斷患者對(duì)外界刺激的反應(yīng)能力。在輔助功能方面，BCI可結(jié)合外骨骼、輪椅等設(shè)備，幫助癱瘓患者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制或與外界交流。
與其他類型的BCI（如侵入式和半侵入式）相比，基于頭皮腦電信號(hào)的無創(chuàng)BCI因無需手術(shù)，從而具有穿戴方便、臨床風(fēng)險(xiǎn)（如感染）低以及可靈活更換等顯著優(yōu)勢。
BCI廣泛應(yīng)用，還有哪些難點(diǎn)需要攻克？
丁晶教授
腦電解碼的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性是當(dāng)前技術(shù)難點(diǎn)。
腦電信號(hào)的解碼存在個(gè)體差異，不同患者的專注度和配合度不同，導(dǎo)致訓(xùn)練效果參差不齊。部分患者在訓(xùn)練中難以集中注意力，影響了信號(hào)的采集和解碼質(zhì)量。此外， BCI系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要，信號(hào)處理和指令傳遞的延時(shí)可能導(dǎo)致患者在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)偏差，如在抓取物體時(shí)因延時(shí)而失敗。因此，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性是BCI技術(shù)實(shí)現(xiàn)臨床功能恢復(fù)的關(guān)鍵，需要借助更先進(jìn)的AI算法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
楊幫華教授
信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性以及患者的適應(yīng)性方面仍有待加強(qiáng)。
在臨床治療中，由于患者腦區(qū)受損，其腦電波信號(hào)在某些電極位置的質(zhì)量可能較差，與正常人相比存在較大差異。此外，不同患者的病情嚴(yán)重程度和受損腦區(qū)不同，導(dǎo)致個(gè)體差異性更大，這增加了信號(hào)解碼的難度。另一方面，患者的身體狀況和專注度也會(huì)影響B(tài)CI的使用效果——部分患者可能因身體不適或疲勞而難以長時(shí)間集中注意力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集時(shí)間受限，患者的情緒波動(dòng)也可能影響其對(duì)BCI設(shè)備的信心和使用效果。
李舒蕊博士
在意識(shí)障礙患者和植物人等臨床研究中，BCI技術(shù)見效較慢，效果有限，患者依從性也存在挑戰(zhàn)。
在目前的研究數(shù)據(jù)中，BCI技術(shù)在意識(shí)障礙患者中見效較慢，效果不佳。盡管能觀測到患者腦電信號(hào)的某種變化或特征提升，但在實(shí)際診療中，BCI技術(shù)仍需加強(qiáng)，從而與臨床評(píng)分指標(biāo)更加契合，以準(zhǔn)確評(píng)估患者的意識(shí)狀態(tài)。此外，一部分卒中患者常因身體狀況無法長時(shí)間參與BCI任務(wù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集中斷，影響臨床評(píng)估。
學(xué)科融合、政策支持、技術(shù)革新，賽博幻想正在走近現(xiàn)實(shí)
丁晶教授
最新發(fā)表的無創(chuàng)BCI共識(shí)，旨在規(guī)范數(shù)據(jù)采集、信號(hào)解碼及功能調(diào)控，提升臨床醫(yī)生對(duì)無創(chuàng)BCI技術(shù)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的規(guī)范應(yīng)用。
傳統(tǒng)腦電圖主要用于癲癇、意識(shí)障礙等疾病的診斷，而隨著技術(shù)進(jìn)步，腦電波在神經(jīng)調(diào)控和人體功能改變方面的潛力逐漸顯現(xiàn)。近年來，為了進(jìn)一步規(guī)范神經(jīng)電信號(hào)的臨床應(yīng)用，上海市醫(yī)學(xué)會(huì)腦電圖與臨床神經(jīng)生理?？品謺?huì)已先后發(fā)布了腦電圖規(guī)范操作（2021年）、經(jīng)顱磁刺激（2022年）和事件相關(guān)電位（2023年）的專家共識(shí)，為腦機(jī)接口技術(shù)的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
丁晶教授
醫(yī)學(xué)專家提出應(yīng)用場景，工程師提供解決方案，理科專家提供前沿解碼方法，三者相輔相成。因此，此次共識(shí)的制定不僅涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還融合了工程和理科的專業(yè)知識(shí)，以確保內(nèi)容的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，為讀者提供清晰的指導(dǎo)。
在設(shè)計(jì)BCI任務(wù)時(shí)，例如通過聲音刺激引發(fā)腦電活動(dòng)以判斷患者是否能正確識(shí)別聲音，需要綜合考慮多種方案。因此需要來自醫(yī)學(xué)、工程和理科等不同背景的專家共同參與方案設(shè)計(jì)和共識(shí)制定。在共識(shí)制定過程中，以患者為中心、實(shí)現(xiàn)功能增強(qiáng)或功能替代是多學(xué)科專家的共同目標(biāo)。
李舒蕊博士
BCI技術(shù)的蓬勃發(fā)展，離不開多學(xué)科專家的努力，也離不開國家政策的支持。
2025年3月，國家醫(yī)保局發(fā)布《神經(jīng)系統(tǒng)類醫(yī)療服務(wù)價(jià)格項(xiàng)目立項(xiàng)指南》，首次為BCI技術(shù)單獨(dú)立項(xiàng)，明確了收費(fèi)路徑，為臨床應(yīng)用鋪平道路；“十四五”規(guī)劃將“腦科學(xué)與類腦研究”列為國家重點(diǎn)前沿科技項(xiàng)目，為技術(shù)發(fā)展提供戰(zhàn)略指引；國家藥監(jiān)局也批準(zhǔn)多項(xiàng)腦機(jī)接口醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，規(guī)范市場發(fā)展。地方層面，北京、上海等地也紛紛出臺(tái)行動(dòng)方案，推動(dòng)腦機(jī)接口在醫(yī)療、工業(yè)、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用。這些政策為腦機(jī)接口技術(shù)的研發(fā)、推廣和產(chǎn)業(yè)化提供了堅(jiān)實(shí)保障，加速其走向臨床與市場。
楊幫華教授
AI技術(shù)的發(fā)展將極大地推動(dòng)腦機(jī)接口（BCI）的進(jìn)步，尤其是在腦電信號(hào)解碼方面。
腦電信號(hào)是一種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)非線性信號(hào)，其特征難以從表面波形直接識(shí)別。AI技術(shù)能夠挖掘腦電波中與運(yùn)動(dòng)想象、視覺刺激或聽覺刺激相關(guān)的特征，從而提高解碼精度。同時(shí)，隨著AI技術(shù)從傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)和大模型算法的演進(jìn)，解碼精度和速度將顯著提升，患者個(gè)體化差異問題也將得到改善。此外，結(jié)合元宇宙、VR和AR技術(shù)，BCI技術(shù)有望為用戶（無論是正常人還是患者）創(chuàng)建沉浸式的交互場景，增強(qiáng)康復(fù)訓(xùn)練的趣味性和效果，甚至讓使用者與虛擬場景融為一體，為未來康復(fù)治療帶來新的可能性。
小結(jié)
BCI技術(shù)從20世紀(jì)60年代末誕生至今，已從幻想走向科學(xué)化并邁向廣泛應(yīng)用。其原理是通過腦電信號(hào)直接實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，廣泛應(yīng)用于腦卒中康復(fù)、意識(shí)障礙評(píng)估等場景。然而，當(dāng)前仍面臨腦電解碼準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性不足，以及患者適應(yīng)性差等挑戰(zhàn)。但隨著AI技術(shù)發(fā)展和多學(xué)科融合，BCI技術(shù)也將迎來新的機(jī)遇，造福更多人。
《上海醫(yī)學(xué)》雜志創(chuàng)刊于1978年，是由上海市衛(wèi)生健康委員會(huì)主管、上海市醫(yī)學(xué)會(huì)主辦、國內(nèi)外公開發(fā)行的醫(yī)藥衛(wèi)生類綜合性學(xué)術(shù)刊物。為中國科技核心期刊（中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊）、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃（二期）集群化試點(diǎn)項(xiàng)目、中國科協(xié)高質(zhì)量科技期刊分級(jí)目錄臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域入選期刊、《復(fù)旦大學(xué)學(xué)位與研究生教育國內(nèi)期刊指導(dǎo)目錄》A類期刊、CACJ中國應(yīng)用型期刊、中國科學(xué)評(píng)價(jià)研究中心（RCCSE）來源期刊、中國生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫（CBM）來源期刊、美國化學(xué)文摘（CA）來源期刊、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）來源期刊、中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫全文收錄期刊、中國學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊。
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