腦機接口（英文全稱為Brain-Computer Interface,BCI或Brain-Machine Interface,BMI）指在人或動物大腦與外部設備之間創(chuàng)建的直接連接，從而實現腦與設備的信息交換。按照 BCI 信息的傳送方向，分為狹義 BCI 和廣義 BCI。

 

圖 | 腦機接口環(huán)路示意圖（來源：蛋殼研究院）

狹義 BCI 指輸出式 BCI，在大腦（含人與動物腦）與外部設備之間建立直接的交流和控制通道，利用中樞神經系統(tǒng)產生的信號，在不依賴外周神經或肌肉的條件下，把用戶或被試者的感知覺、認知、意念、思維等轉化為外部設備的動作指令。

廣義 BCI 除了輸出式 BCI，還包含輸入式 BCI 和雙向閉環(huán) BCI。輸入式 BCI 主要指外部設備的向大腦輸入電、磁、聲、光的刺激，以調控大腦中樞神經活動。雙向閉環(huán) BCI 主要指大腦向外部設備輸出通信或控制指令，外部設備在執(zhí)行指令過程中把結果反饋給大腦，從而完成腦-機信號交互的閉環(huán)。

前幾期我們重點介紹了腦機接口當下面臨的挑戰(zhàn)及機遇，本期我們?yōu)榇蠹抑攸c介紹腦機接口在醫(yī)療健康中的主要應用場景。

1腦機接口在醫(yī)療健康領域的概況分析

醫(yī)療健康領域是目前腦機接口最大的市場應用領域，也是增長最快的領域。腦機技術在醫(yī)療領域中的應用，主要圍繞在短期內的“監(jiān)測、改善/恢復、替代、增強”四個階段。

 

圖 | 腦機接口醫(yī)療應用分類與發(fā)展程度，來源：源起基金制作

監(jiān)測是使用腦機接口系統(tǒng)監(jiān)測部分人體意識狀態(tài)，改善/恢復是針對康復領域，改善某種疾病的癥狀或恢復某種功能替代是系統(tǒng)的輸出可以取代由于損傷或疾病而喪失的自然輸出，增強主要是針對健康人而言，實現機能的提升和擴展。

監(jiān)測和替代階段主要采用非侵入式設備。通過監(jiān)測設備接收到患者腦電波后更精準的判斷病種類型，確認下一步的診療方案，臨床試驗病種多為癲癇、腦卒中等無法用其它監(jiān)測技術所替代的疾病。神經性疾病分析需要方法論指導和大量數據支持，使用腦機技術監(jiān)測腦疾病、精神疾病已成為常態(tài)化流程，大量病種案例和患者數據積累能夠不斷完善預測模型和診斷的方法論。

替代設備的功能是通過外部機械設備盡可能恢復殘障人士的正常生活。面對消費領域有睡眠、疲勞、注意力監(jiān)測等產品面向大眾消費者，技術相對成熟且使用門檻不高，但是缺乏后續(xù)數據解決方案，產品可替代性高，目前還沒有大規(guī)模消費的場景。

 

圖 | 監(jiān)測和康復替代設備生產企業(yè)

2腦機接口七大應用場景分析

腦機接口技術可以直接實現大腦與外部設備的交互，隨著現代醫(yī)學對運動、視覺、聽覺、語言等大腦功能區(qū)更加深入的研究，通過腦機接口設備獲取大腦區(qū)域的信息并分析，在神經精神系統(tǒng)疾病的診斷、篩查監(jiān)護、治療與康復領域擁有廣泛應用。

01

肢體運動障礙診療

輔助性腦機接口：通過腦機接口設備獲取患者運動意圖，實現對假肢、外骨骼或輪椅等外部設備的控制。

2019 年 BrainCo 旗下的 BrainRobotics 可以直接與肢體殘端的神經和肌肉對接，用戶可以用自己的大腦來控制它。腦機接口底算法驅動腦神經與肌肉神經的重連。增加了腦機接口的算法再配套腦電數據信號收集器，驅動腦神經與肌肉神經的重連讓患者能達成某些固定動作，促進腦機技術向“肢體隨心而動”跨越。這也是區(qū)分普通機械臂廠家重要技術。

 

圖 | BrainRobotics仿生手，來源：公開網絡

但市場規(guī)模小，失去四肢的患者少且大部分無法支付假肢。據國家統(tǒng)計局2022 年推算肢體殘疾人數為 2412 萬人，占總殘疾人數 29%，其中有 60%人群未裝配假肢。且尚未納入醫(yī)保體系，患者普遍接受程度不高。

康復性腦機接口：由于中樞神經系統(tǒng)具備可塑性，經過腦機接口設備直接作用于大腦進行重復性反饋剌激，可以增強神經元突觸之間的聯(lián)系，實現修復。康復性 BCI 常與虛擬現實 VR 技術結合，創(chuàng)建 BCI 同步閉環(huán)康復系統(tǒng)，模擬產生三維空間的虛擬場景，并通過 VR 設備向用戶進行視覺反饋。

02

意識與認知障礙診療

通過腦機接口設備獲取并分析患者腦電信號，掌握患者意識狀態(tài)，實現意識障礙診斷與評定，甚至與意識障礙患者實現交流。有助于醫(yī)生判別患者是否有喚醒康復的可能，有針對性的采取治療措施。

03

精神疾病診療

基于腦電信號的情感識別研究用于輔助抑郁癥、焦慮癥等精神類疾病發(fā)病機制的研究和治療，瑞金醫(yī)院已實現多位抑郁癥患者的臨床治療。

 

來源：攝圖網

04

感覺缺陷診療

患者的感覺信息被腦機接口設備解碼，實現感覺恢復，該項技術已經在聽覺、視覺、觸覺等感覺缺陷診療中發(fā)揮積極作用。

05

癲癇和神經發(fā)育障礙診療

通過腦電輸出和判斷大腦功能和疾病的信號，以誘發(fā)患者功能區(qū)的響應，通過手術切除、熱凝、激光損毀等技術實現改變和治療大腦的癲癇網絡，已經在臨床成熟應用。

06

神經受損患者實現主動康復

實時檢測患者腦電狀態(tài)，通過訓練調控大腦信號，影響皮質活動，從而使患者鍛煉大腦神經，提高其功能性和連接性，實現患者意念控制下的主被動協(xié)同康復訓練，打破了傳統(tǒng)康復方式被動且單一的問題，顯著提升康復治療效果。臻泰智能“BCI+VR+醫(yī)療機器人”已用于運動恢復訓練。

07

生理評估和調節(jié)

以保健和醫(yī)療康復為核心場景，借助外部刺激(音樂、VR 等)或直接檢測并分析腦電，從而確定相關指標，對睡眠狀態(tài)、注意力集中程度、反應程度、心理狀況、成癮狀況等做出評估。完成評估并明確調節(jié)需求后，通過電刺激等直接手段(侵入式腦機接口)和音樂等間接手段(頭環(huán)等非侵入式接口)刺激對應部位，實現調節(jié)治療。

注意力集中程度監(jiān)測，如強腦科技“FocusZen”頭環(huán)，睡眠狀態(tài)監(jiān)測、壓力水平檢測，如 Muse2016 年已上市的冥想頭環(huán)，腦部健康評估及腦病早篩方面，腦陸科技已將腦狀況評估設備成本壓縮至百萬以下。

結語：源起基金表示，醫(yī)療健康領域是目前腦機接口最大的市場應用領域，也是增長最快的領域。在神經精神系統(tǒng)疾病的診斷、篩查監(jiān)護、治療與康復領域擁有廣泛應用。腦機接口有望成為連接現實世界與數字世界重要入口。

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