6月19日，記者從“活力中國調(diào)研行”采訪活動(dòng)中獲悉，北京腦科學(xué)與類腦研究所和北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司合作研制的“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)已完成國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段，目前已完成5例患者植入，為脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥患者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和言語功能的替代和康復(fù)。
首例“北腦一號(hào)”系統(tǒng)植入患者，已可腦控機(jī)械臂
腦機(jī)接口是典型的跨多學(xué)科復(fù)雜集成系統(tǒng)。北京市依托優(yōu)越的跨學(xué)科科研與臨床資源生態(tài)，啟動(dòng)“智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計(jì)劃”，由北京腦科學(xué)與類腦研究所牽頭，成立芯智達(dá)公司，聚焦高通量全植入腦機(jī)接口這一國際前沿領(lǐng)域，以工程化方式快速推進(jìn)研發(fā)，成功推出“北腦一號(hào)”和“北腦二號(hào)”兩套智能腦機(jī)系統(tǒng)，均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
據(jù)北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李園介紹，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)是國際上首次實(shí)現(xiàn)百通道以上，高通量、無線全植入、準(zhǔn)實(shí)用化的半侵入式腦機(jī)系統(tǒng)。通過一年左右的研發(fā)攻關(guān)，系統(tǒng)已進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。
“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)。新京報(bào)記者 張璐 攝
今年2月27日，在北京大學(xué)第一醫(yī)院，一位四肢截癱患者完成首例“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)手術(shù)植入。一片128通道的柔性高密度薄膜電極僅有微米級厚度、4厘米見方，通過手術(shù)的方式，它被貼敷在患者顱骨內(nèi)、硬腦膜外，收集患者腦部躍動(dòng)的神經(jīng)電信號(hào)，并通過無線信號(hào)傳輸?shù)男问絺鬏斨馏w外機(jī)。
李園解釋說，128通道即有128個(gè)采集信號(hào)的觸點(diǎn)，觸點(diǎn)越多，采集的信息量就越大。電極上設(shè)計(jì)更多觸點(diǎn)并非難點(diǎn)，但多信號(hào)同時(shí)處理時(shí)，無線傳輸和處理器如何保證高通量、低功耗是系統(tǒng)的難度所在。“北腦一號(hào)”實(shí)現(xiàn)了全球同類腦機(jī)產(chǎn)品的最大信號(hào)通量，信號(hào)采集精度、信號(hào)傳輸和處理性能均處在世界先進(jìn)水平。
屏幕上顯現(xiàn)出一道道起伏波動(dòng)的線條。“患者想動(dòng)左手還有右手，或者處在靜息狀態(tài)時(shí)，腦電信號(hào)的特征都是不一樣的。我們用神經(jīng)編解碼算法解讀特征，再把它轉(zhuǎn)換成控制指令，驅(qū)動(dòng)患者的外骨骼。”系統(tǒng)能夠幫助因脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥等創(chuàng)傷或疾病導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)或言語障礙的患者，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和言語功能的替代和康復(fù)。
如今距離手術(shù)完成已超過3個(gè)月，患者除了能夠用“意念”控制機(jī)械臂、電腦光標(biāo)外，上肢也逐步呈現(xiàn)康復(fù)進(jìn)展，能夠完成術(shù)前不能完成的一些手部動(dòng)作，例如手指捏放玻璃彈珠等。
腦機(jī)接口助力漸凍癥患者重建交流能力
目前，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)已完成5例患者植入。3月5日，一位因漸凍癥導(dǎo)致言語障礙的患者在宣武醫(yī)院完成手術(shù)植入，這是國際首例植入式腦機(jī)接口的中文言語解碼臨床試驗(yàn)。
在手術(shù)機(jī)器人的輔助下，“北腦一號(hào)”電極被精準(zhǔn)植入到患者左側(cè)大腦控制語言運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)域。出院前，患者能解碼輸出近百個(gè)常用語句，例如“我想吃飯”“我想出去散步”“請幫我找醫(yī)生”等。出院后，患者開始進(jìn)行開放集詞句解碼，系統(tǒng)有望解碼患者任何想說的話，使其重建交流能力。
據(jù)李園介紹，第四例是胸椎段脊髓損傷導(dǎo)致下肢癱瘓患者，5月16日在宣武醫(yī)院由神經(jīng)外科多團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成“北腦一號(hào)”和脊髓電刺激裝置的手術(shù)植入。“北腦一號(hào)”采集患者諸如邁開腿的運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)給脊髓刺激的裝置，越過胸椎段脊髓去刺激下肢，并驅(qū)動(dòng)外骨骼輔助運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過兩周左右的腦控康復(fù)訓(xùn)練，患者大小便功能得到改善，下肢近端肌肉的肌力得到提升。
下一步，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)將完成正式注冊臨床試驗(yàn)。
北京腦所在腦機(jī)接口等領(lǐng)域產(chǎn)出一批重要成果
半侵入式腦機(jī)接口將電極貼敷在硬腦膜外，不觸及腦組織，生物相容性高、信號(hào)質(zhì)量優(yōu)異。術(shù)后患者的頭皮完全縫合，植入術(shù)式屬于神經(jīng)外科低風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)操作。
和“北腦一號(hào)”不同的是，“北腦二號(hào)”開發(fā)的是侵入式的入腦電極，其植入式電極采用柔性材料，極大降低對大腦產(chǎn)生的損傷，確保信號(hào)長期穩(wěn)定采集。去年，“北腦二號(hào)”在國際上首次實(shí)現(xiàn)非人靈長類對二維運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的腦控?cái)r截；今年，這套設(shè)備也有望升級為“無線版”，制作原型機(jī)，并有望于明年進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。
北京腦科學(xué)與類腦研究所成立于2018年，是北京新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。“我們從2021年迅速加強(qiáng)有組織科研，至今已在腦機(jī)接口等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生了一批重要成果。”北京腦科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏說，在腦機(jī)接口、基因治療領(lǐng)域，已批準(zhǔn)14項(xiàng)IIT臨床研究，適應(yīng)癥包括截癱、腦中風(fēng)、漸凍癥導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)障礙、言語障礙、全盲、難治性癲癇、中樞神經(jīng)痛、抑郁癥等。
例如，在基因治療方面，“基于新型光敏蛋白的基因治療技術(shù)”入選2025中關(guān)村論壇重大科技成果，通過將感光蛋白“裝”到患者眼睛中，可以幫助視網(wǎng)膜色素變性患者再度感光，并實(shí)現(xiàn)部分視覺功能的恢復(fù)。
去年北京醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)1.06萬億元
據(jù)北京醫(yī)藥健康科技發(fā)展中心主任劉慧介紹，在腦科學(xué)與腦機(jī)接口領(lǐng)域，北京持續(xù)開展腦認(rèn)知原理解析、腦重大疾病、神經(jīng)科學(xué)新技術(shù)、神經(jīng)計(jì)算與神經(jīng)編解碼等腦科學(xué)前沿研究，推動(dòng)腦重大疾病基因治療技術(shù)加快臨床轉(zhuǎn)化，正在開展臨床試驗(yàn)的重度癲癇和難治性疼痛藥物初步顯示了安全性和有效性。
北京腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)加快突破，研發(fā)了超薄柔性深部電極、腦機(jī)接口專用芯片、高性能語言解碼器、前饋式運(yùn)動(dòng)意圖解碼算法等；臨床應(yīng)用進(jìn)展顯著，清華大學(xué)研發(fā)的無線微創(chuàng)植入式腦機(jī)接口已完成3例人體植入，幫助脊髓損傷患者實(shí)現(xiàn)喝水等腦控功能。
北京腦機(jī)接口領(lǐng)域的不斷突破，是醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的縮影。記者獲悉，2024年，北京醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1.06萬億元，同比增長8.7%。今年以來，全市11款創(chuàng)新藥械產(chǎn)品獲批上市，總數(shù)居全國前列。
6月19日，記者從“活力中國調(diào)研行”采訪活動(dòng)中獲悉，北京腦科學(xué)與類腦研究所和北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司合作研制的“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)已完成國際首批柔性高通量半侵入式無線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入，進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段，目前已完成5例患者植入，為脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥患者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和言語功能的替代和康復(fù)。
首例“北腦一號(hào)”系統(tǒng)植入患者，已可腦控機(jī)械臂
腦機(jī)接口是典型的跨多學(xué)科復(fù)雜集成系統(tǒng)。北京市依托優(yōu)越的跨學(xué)科科研與臨床資源生態(tài)，啟動(dòng)“智能腦機(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)計(jì)劃”，由北京腦科學(xué)與類腦研究所牽頭，成立芯智達(dá)公司，聚焦高通量全植入腦機(jī)接口這一國際前沿領(lǐng)域，以工程化方式快速推進(jìn)研發(fā)，成功推出“北腦一號(hào)”和“北腦二號(hào)”兩套智能腦機(jī)系統(tǒng)，均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
據(jù)北京芯智達(dá)神經(jīng)技術(shù)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李園介紹，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)是國際上首次實(shí)現(xiàn)百通道以上，高通量、無線全植入、準(zhǔn)實(shí)用化的半侵入式腦機(jī)系統(tǒng)。通過一年左右的研發(fā)攻關(guān)，系統(tǒng)已進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。
“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)。新京報(bào)記者 張璐 攝
今年2月27日，在北京大學(xué)第一醫(yī)院，一位四肢截癱患者完成首例“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)手術(shù)植入。一片128通道的柔性高密度薄膜電極僅有微米級厚度、4厘米見方，通過手術(shù)的方式，它被貼敷在患者顱骨內(nèi)、硬腦膜外，收集患者腦部躍動(dòng)的神經(jīng)電信號(hào)，并通過無線信號(hào)傳輸?shù)男问絺鬏斨馏w外機(jī)。
李園解釋說，128通道即有128個(gè)采集信號(hào)的觸點(diǎn)，觸點(diǎn)越多，采集的信息量就越大。電極上設(shè)計(jì)更多觸點(diǎn)并非難點(diǎn)，但多信號(hào)同時(shí)處理時(shí)，無線傳輸和處理器如何保證高通量、低功耗是系統(tǒng)的難度所在。“北腦一號(hào)”實(shí)現(xiàn)了全球同類腦機(jī)產(chǎn)品的最大信號(hào)通量，信號(hào)采集精度、信號(hào)傳輸和處理性能均處在世界先進(jìn)水平。
屏幕上顯現(xiàn)出一道道起伏波動(dòng)的線條。“患者想動(dòng)左手還有右手，或者處在靜息狀態(tài)時(shí)，腦電信號(hào)的特征都是不一樣的。我們用神經(jīng)編解碼算法解讀特征，再把它轉(zhuǎn)換成控制指令，驅(qū)動(dòng)患者的外骨骼。”系統(tǒng)能夠幫助因脊髓損傷、腦卒中、漸凍癥等創(chuàng)傷或疾病導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)或言語障礙的患者，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和言語功能的替代和康復(fù)。
如今距離手術(shù)完成已超過3個(gè)月，患者除了能夠用“意念”控制機(jī)械臂、電腦光標(biāo)外，上肢也逐步呈現(xiàn)康復(fù)進(jìn)展，能夠完成術(shù)前不能完成的一些手部動(dòng)作，例如手指捏放玻璃彈珠等。
腦機(jī)接口助力漸凍癥患者重建交流能力
目前，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)已完成5例患者植入。3月5日，一位因漸凍癥導(dǎo)致言語障礙的患者在宣武醫(yī)院完成手術(shù)植入，這是國際首例植入式腦機(jī)接口的中文言語解碼臨床試驗(yàn)。
在手術(shù)機(jī)器人的輔助下，“北腦一號(hào)”電極被精準(zhǔn)植入到患者左側(cè)大腦控制語言運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)域。出院前，患者能解碼輸出近百個(gè)常用語句，例如“我想吃飯”“我想出去散步”“請幫我找醫(yī)生”等。出院后，患者開始進(jìn)行開放集詞句解碼，系統(tǒng)有望解碼患者任何想說的話，使其重建交流能力。
據(jù)李園介紹，第四例是胸椎段脊髓損傷導(dǎo)致下肢癱瘓患者，5月16日在宣武醫(yī)院由神經(jīng)外科多團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成“北腦一號(hào)”和脊髓電刺激裝置的手術(shù)植入。“北腦一號(hào)”采集患者諸如邁開腿的運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)給脊髓刺激的裝置，越過胸椎段脊髓去刺激下肢，并驅(qū)動(dòng)外骨骼輔助運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過兩周左右的腦控康復(fù)訓(xùn)練，患者大小便功能得到改善，下肢近端肌肉的肌力得到提升。
下一步，“北腦一號(hào)”智能腦機(jī)系統(tǒng)將完成正式注冊臨床試驗(yàn)。
北京腦所在腦機(jī)接口等領(lǐng)域產(chǎn)出一批重要成果
半侵入式腦機(jī)接口將電極貼敷在硬腦膜外，不觸及腦組織，生物相容性高、信號(hào)質(zhì)量優(yōu)異。術(shù)后患者的頭皮完全縫合，植入術(shù)式屬于神經(jīng)外科低風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)操作。
和“北腦一號(hào)”不同的是，“北腦二號(hào)”開發(fā)的是侵入式的入腦電極，其植入式電極采用柔性材料，極大降低對大腦產(chǎn)生的損傷，確保信號(hào)長期穩(wěn)定采集。去年，“北腦二號(hào)”在國際上首次實(shí)現(xiàn)非人靈長類對二維運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的腦控?cái)r截；今年，這套設(shè)備也有望升級為“無線版”，制作原型機(jī)，并有望于明年進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。
北京腦科學(xué)與類腦研究所成立于2018年，是北京新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。“我們從2021年迅速加強(qiáng)有組織科研，至今已在腦機(jī)接口等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生了一批重要成果。”北京腦科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏說，在腦機(jī)接口、基因治療領(lǐng)域，已批準(zhǔn)14項(xiàng)IIT臨床研究，適應(yīng)癥包括截癱、腦中風(fēng)、漸凍癥導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)障礙、言語障礙、全盲、難治性癲癇、中樞神經(jīng)痛、抑郁癥等。
例如，在基因治療方面，“基于新型光敏蛋白的基因治療技術(shù)”入選2025中關(guān)村論壇重大科技成果，通過將感光蛋白“裝”到患者眼睛中，可以幫助視網(wǎng)膜色素變性患者再度感光，并實(shí)現(xiàn)部分視覺功能的恢復(fù)。
去年北京醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)1.06萬億元
據(jù)北京醫(yī)藥健康科技發(fā)展中心主任劉慧介紹，在腦科學(xué)與腦機(jī)接口領(lǐng)域，北京持續(xù)開展腦認(rèn)知原理解析、腦重大疾病、神經(jīng)科學(xué)新技術(shù)、神經(jīng)計(jì)算與神經(jīng)編解碼等腦科學(xué)前沿研究，推動(dòng)腦重大疾病基因治療技術(shù)加快臨床轉(zhuǎn)化，正在開展臨床試驗(yàn)的重度癲癇和難治性疼痛藥物初步顯示了安全性和有效性。
北京腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)加快突破，研發(fā)了超薄柔性深部電極、腦機(jī)接口專用芯片、高性能語言解碼器、前饋式運(yùn)動(dòng)意圖解碼算法等；臨床應(yīng)用進(jìn)展顯著，清華大學(xué)研發(fā)的無線微創(chuàng)植入式腦機(jī)接口已完成3例人體植入，幫助脊髓損傷患者實(shí)現(xiàn)喝水等腦控功能。
北京腦機(jī)接口領(lǐng)域的不斷突破，是醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的縮影。記者獲悉，2024年，北京醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1.06萬億元，同比增長8.7%。今年以來，全市11款創(chuàng)新藥械產(chǎn)品獲批上市，總數(shù)居全國前列。
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