脑机接口 “破壁”：技术突破与风险的博弈

来源：干细胞

日期： 2025-04-01 16:30:34

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·对于那些可能有机会参与临床实验乃至在未来使用商业化产品的患者来说，可能需要更多了解脑机接口的原理与风险，才能更好地平衡自己的期待，既不过于惧怕，也不过度神化。

脑机接口 “破壁”：技术突破与风险的博弈

2024年11月6日下午2点多，董先生被推进手术室，准备接受人生中第一次开颅手术，在颅骨内植入一款硬币大小的脑机接口设备。4年前于一场车祸中脊髓损伤而瘫痪的他，在尝试各种疗法康复无果后，决定成为这项前沿技术的临床试验受试者。

通过采集大脑中的电信号，脑机接口设备能让佩戴者用“意念”操作电脑乃至机械手臂。对于脊髓损伤一类的患者来说，这种(zhǒng)意(yì)念(niàn)反(fǎn)馈(kuì)训(xun)练(liàn)也(yě)可(kě)能(néng)有(yǒu)助(zhù)于神经功能的重塑。尽管被告知手术存在风险，董先生依然决定抓住这次实验的机会，希望能够收获一些治疗效果，“哪怕能让胳膊动一动”。

国内脑机接口正全面进入临床验证阶段。根据公开报道，中国在去年和前年有超过5名患者在研究者发起的临床试验（IIT）中接受了侵入式脑机接口手术。相关企业均表示正在推进更大规模的试验。

更多像董先生这样的患者将获得参与脑机接口试验的机会，他们需要在安全性与治疗收益之间做出抉择：在脑袋里植入这样的设备，到底(dǐ)安(ān)不(bù)安(ān)全？

全球(qiú)已(yǐ)有(yǒu)近(jìn)百(bǎi)名患者参与了脑机接口实验

在我们从事不同活动时，比如思考不同事情、看向不同位置时，大脑中神经元释放的电信号也会呈现出不同的模式，将这(zhè)些(xiē)模(mó)式(shì)记(jì)录(lù)并(bìng)传(chuán)输(shū)给(gěi)计算机，根据解码的信(xìn)息(xi)进(jìn)行(xíng)控(kòng)制(zhì)、反(fǎn)馈(kuì)等操作，这是脑机接口（Brain-Computer Interfaces，BCI）的基(jī)本(běn)原(yuán)理(lǐ)。

我(wǒ)们(men)的(de)脑(nǎo)袋大致由头皮、头骨、脑硬膜和脑组织构成。若要获得更真实、更清晰的信号，如同“在内场看球赛”，最好的选择是将采样电极通过开颅手术放置在特定区域（如负责感觉与运动的脑区）的脑组织中，这就是“侵入式”脑机接口（invasive BCI）。

与只需要在头皮上贴电极的非侵入式脑机接口相比，侵入式的风险首先体现在手术上。开颅手术可能导致术后感染与颅内出血，如果要切开硬膜放置电极，还可能出现脑组织损伤、脑脊液漏等风险。

随着影像技术和微创技术的发展，开颅手术(shù)本(běn)身(shēn)的风险正在降低，而医学界对于在大脑中植入电极等设备的手术实际上也有数十年的积累。如在1980年代，科学家们已经在深脑刺激疗法（DBS）中使用电极植入调控帕金森患者的神经活动，到今(jīn)天(tiān)已(yǐ)经(jīng)有(yǒu)非(fēi)常(cháng)成(chéng)熟(shú)的(de)产(chǎn)品(pǐn)。

然(rán)而(ér)，以(yǐ)“采集信(xìn)号(hào)”为(wèi)主要(yào)目(mù)的(de)的(de)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)与(yǔ)以(yǐ)往(wǎng)的(de)植(zhí)入(rù)设(shè)备(bèi)有(yǒu)显(xiǎn)著(zhe)不(bù)同(tóng)，采集更(gèng)多(duō)、更(gèng)清(qīng)晰(xī)的(de)信(xìn)号(hào)往(wǎng)往(wǎng)意(yì)味(wèi)着(zhe)更(gèng)多(duō)的(de)电(diàn)极(jí)更(gèng)深(shēn)地(de)刺(cì)入(rù)脑(nǎo)中(zhōng)。2004年(nián)，美(měi)国(guó)的(de)一(yī)名瘫(tān)痪(huàn)患(huàn)者马修·内格尔（Matthew Nagle）成为了第一个脑机接口植入者。这款接口使用的是一种被称为“犹他”的刺入式电极阵列，由96根硅质电极针组成。这些电极被放置在内格尔的运动皮层中，并通过头骨上的接口与外面的计算机相连。

电极刺入脑组织中，可能位移甚至折断，不可避免地使神(shén)经(jīng)受(shòu)到(dào)伤(shāng)害(hài)。这(zhè)些(xiē)可(kě)能(néng)引(yǐn)发(fā)感(gǎn)染(rǎn)等(děng)免(miǎn)疫(yì)反(fǎn)应(yīng)，对(duì)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)的(de)健(jiàn)康(kāng)造(zào)成(chéng)风(fēng)险(xiǎn)。此(cǐ)外(wài)，如(rú)果(guǒ)电(diàn)极(jí)与(yǔ)外(wài)部(bù)设(shè)备(bèi)通(tōng)过(guò)有(yǒu)线(xiàn)方(fāng)式(shì)来(lái)连(lián)接(jiē)，可(kě)能(néng)增加头皮感染的可能性。

从马修·内格尔开始，全球已经有近百名患者参与了脑机接口实验，早期参与者甚至组织了一个叫做“脑机接口先锋联盟”（BCI Pioneers Coalition）的网络社区。根据公开报(bào)道(dào)，目(mù)前(qián)还(hái)没(méi)有(yǒu)出(chū)现(xiàn)侵(qīn)入(rù)式(shì)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)造(zào)成(chéng)严(yán)重(zhòng)痛(tòng)苦(kǔ)甚(shén)至(zhì)危(wēi)及(jí)生(shēng)命(mìng)的(de)案(àn)例(lì)。

一(yī)篇(piān)于(yú)2025年(nián)1月(yuè)发(fā)表(biǎo)在(zài)《自(zì)然(rán)综(zōng)述(shù)·生(shēng)物(wù)工程》（Nature Reviews Bioengineering）上的综述论文总结了1998年至2023年全球范围内侵入式脑机接口的临床试验进展。在这25年间，共有67名脊髓损伤、神经元疾病与中风患者植入了脑机接口，年龄范围在22岁到72岁(suì)之(zhī)间(jiān)，设(shè)备(bèi)留(liú)存(cún)平(píng)均(jūn)时(shí)长(zhǎng)为40.2个月，最长达8.5年。这些患者身上均没有观察到脑机接口的严重副作用。

更高的安全性关系到脑机接口能否真正成为一项普惠性技术。在近期的发展中，科学家与工程师们一直在尝试提升这些侵入式(shì)电(diàn)极(jí)的(de)生(shēng)物(wù)相(xiāng)容(róng)性(xìng)。马(mǎ)斯(sī)克(kè)的(de)Neuralink公(gōng)司(sī)使(shǐ)用(yòng)了(le)一(yī)种(zhǒng)更(gèng)细(xì)、更(gèng)柔(róu)软(ruǎn)的(de)柔(róu)性(xìng)电(diàn)极(jí)。上(shàng)海(hǎi)脑(nǎo)虎(hǔ)科(kē)技(jì)有(yǒu)限(xiàn)公(gōng)司(sī)（以(yǐ)下(xià)简(jiǎn)称(chēng)“脑(nǎo)虎(hǔ)科(kē)技(jì)”）创(chuàng)始(shǐ)人(rén)陶(táo)虎(hǔ)告(gào)诉(su)澎(pēng)湃(pài)科(kē)技(jì)，柔(róu)性(xìng)电(diàn)极(jí)刺(cì)入(rù)柔(róu)软(ruǎn)的(de)脑(nǎo)组(zǔ)织(zhī)中(zhōng)，依附性会更好，不容易位移。深圳微灵医疗科技有限公司（以下简称“微灵医疗”）则使用了一种薄膜电极技术，将柔性电极薄膜直接贴在脑组织上，避(bì)免(miǎn)了(le)刺(cì)入(rù)的(de)伤(shāng)害(hài)。

除(chú)了(le)在(zài)电(diàn)极(jí)材(cái)料(liào)上(shàng)进(jìn)行(xíng)优(yōu)化(huà)之(zhī)外(wài)，电(diàn)极(jí)的(de)通(tōng)道数以及随之而来的设备功耗、损耗等问题也被研发者们整体考量。微灵医疗创始人李骁健表示，目前从事脑机接口研发的多为小型初创团队，在整个行业生态尚未建立、疗效与风险还在探索阶段时，应更加注重脑机接口的安全性问题。

董先生植入的设备由(yóu)博(bó)睿(ruì)康(kāng)医(yī)疗科技（上海）有限公司（以下简称“博睿康”）与清华大学生物医学工程系洪波教授团队合作研发。这款脑机接口并不刺入脑组织，而是放置在硬膜之外，且通过无线的方式与外部设备通信。他说，脑机接口装上以后，没(méi)有(yǒu)特(tè)别(bié)的(de)感(gǎn)觉，“就像没有装一样”。

平衡风险、疗效与期待

上海大学特聘教授肖峰从事信(xìn)息(xi)技(jì)术(shù)哲(zhé)学(xué)方(fāng)面(miàn)的(de)研(yán)究(jiū)。他提到：“脑机接口技术，包括任何技术，要(yào)做(zuò)到(dào)绝(jué)对(duì)的(de)安(ān)全是(shì)不(bù)可(kě)能(néng)的，但维持一定的安(ān)全系(xì)数(shù)，在(zài)风(fēng)险(xiǎn)和(hé)收(shōu)益(yì)之(zhī)间(jiān)使(shǐ)收(shōu)益(yì)从(cóng)总(zǒng)体(tǐ)上(shàng)远(yuǎn)高(gāo)于(yú)风(fēng)险(xiǎn)，是(shì)基(jī)本(běn)的(de)原(yuán)则(zé)。”

目(mù)前(qián)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)在(zài)治(zhì)疗(liáo)方(fāng)面(miàn)的(de)应(yīng)用(yòng)大(dà)致(zhì)有功能替代和神经修复两个方向，前者指患者通过脑机接口操纵电脑、轮椅、机械手等设备，让它们成为自己肢体的替代。而后者则是通过(guò)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)的(de)训(xun)练(liàn)来(lái)帮(bāng)助(zhù)神(shén)经(jīng)功(gōng)能(néng)进(jìn)行修复。这些效果离实现还有很长的距离。

博睿康创始人胥红来说，临床试验机构招募患者参加脑机接口临床试验是一件比较困难的事情。“很多人第一次听说这个东西，以前没有过，没有示范效应，大家都觉得肯定有风险，也不知道脑机接口到底能做什么。很多来参加的患者是有为科学做贡献的精神。”

随着近年来逐渐有了(le)第(dì)一(yī)批(pī)“吃(chī)螃(páng)蟹(xiè)”的(de)人现身说法，感觉招募开始变得容易了一些，“风(fēng)险(xiǎn)变(biàn)低(dī)了(le)，康(kāng)复(fù)的(de)远(yuǎn)景(jǐng)在(zài)这(zhè)里(lǐ)。”

通(tōng)过(guò)使(shǐ)用(yòng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)操(cāo)纵(zòng)气(qì)动(dòng)手(shǒu)套(tào)的(de)训(xun)练(liàn)，董(dǒng)先生意外地发现原先无力的手渐渐开始能够抓握，瘫痪的下半身也开始恢复知觉。他因此深受鼓舞，“睡得香了，吃得也多了”。

胥红来介绍，这可能是因为神经存在可塑性，当大脑通过脑机接口重新学习肌肉控制，并通过机械手套获得真实反馈的时候，就形成了新的连接方式，“一通百通”了。

他同时也指出，这种康复效果是高度差异化的，个体、设备和疾病差异等因素(sù)都(dōu)会(huì)影(yǐng)响康复效果，在有些时候也可能没有疗效。还需要更多的研究和试验来探索其中的规律。

随着脑机接口逐渐进入公众视野、企业等相关研发机构更加注重正面宣传，脑机接口在很多人眼中从“高风险”变成了“有奇效”。一位在(zài)医(yī)院(yuàn)康(kāng)复(fù)科(kē)从(cóng)事(shì)非(fēi)侵(qīn)入(rù)型(xíng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)研(yán)究(jiū)的(de)医(yī)生(shēng)告(gào)诉(su)澎(pēng)湃(pài)科(kē)技(jì)，很(hěn)多(duō)患(huàn)者(zhě)对(duì)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)技(jì)术(shù)抱(bào)有(yǒu)过(guò)于(yú)殷(yīn)切(qiè)的(de)期(qī)待(dài)。一(yī)位(wèi)频(pín)繁(fán)询(xún)问(wèn)她研究进展的中风偏瘫患者这样说道：“我们这里有好几位患者，等你们脑机接口技术成熟了，都想到你这儿恢复正常人的尊严。这是人类历史上最伟大、最功德圆满的事业！”

这些说法常常让这位医生哭笑不得。她说，脑机接口的应用还有很长的路要走，“比如脑控轮椅，在真实的环境中干扰特别多，患者也难以集中注意力去控制，目前还是很难实际应用的。”

在不少报道中，植入脑机接口的患者通常为功能替代或者神经恢复效果而感到兴奋，而当疗效未达预期时，他们的沮丧也显而易见。刚刚植入Neuralink的脑机接口时，诺兰·阿博（Noland Arbaugh）成功通过意念玩起了电脑游戏。而短短数月之后，85%的电极脱落，设备性能开始下降。他希望医生马上再次安排手术来调整设备，却被以手术间隔时间太短为由拒绝。这让他感到有些郁闷。

对于那些可能有机会参与试验乃至在未来使用商业化产品的患者来说，可能需要更多了解脑机接口的原理与风险，才能更好地平衡自己的期待，既不过于惧怕，也不过度神化。

网络和数据安全风险

除了生理风险之外，作为一项能够“读取”大脑数据的技术，脑机(jī)接(jiē)口(kǒu)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)还(hái)有(yǒu)可(kě)能(néng)引(yǐn)起(qǐ)别(bié)的风险，甚至引发社会的变化。肖峰说，多名伦理学家、医生、神经科(kē)学(xué)家(jiā)曾(céng)于(yú)2017年(nián)联(lián)名在(zài)《自(zì)然(rán)》（Nature）杂(zá)志(zhì)上(shàng)将(jiāng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)的(de)风(fēng)险(xiǎn)概(gài)括(kuò)为(wèi)安(ān)全性(xìng)、知(zhī)情(qíng)同(tóng)意(yì)、隐(yǐn)私(sī)保(bǎo)护(hù)、公(gōng)平(píng)、主体性和身份认同感几大方面。

脑机接口可能面临网络和数据安全风险。如果这些设备依(yī)赖(lài)无(wú)线(xiàn)数(shù)据(jù)传(chuán)输(shū)，可(kě)能(néng)成(chéng)为(wèi)网(wǎng)络(luò)攻(gōng)击(jī)目(mù)标(biāo)，攻(gōng)击(jī)者(zhě)可(kě)通(tōng)过(guò)篡(cuàn)改(gǎi)信(xìn)号(hào)操(cāo)控(kòng)用(yòng)户(hù)行(xíng)为（如控制假肢自毁）或窃取神经数据。另外，如果未来能够通过脑机接口采集的数据细致还原人的想法，那这些数据的暴露将使人毫无隐私，“犹如在聚光灯下裸奔。”

公平问题则是指脑机接口可能加剧社会不平等，如富裕阶层可以优先获得脑机接口技术给予的增强功能（如认知提升），而弱势群体（如残障人士）可能因费用或技术门槛无法享受基础治疗。

主体性和身份认同感方面的风险则在于脑机接口可能通过干预或增强大脑功能来影响用户的自主决策。

“例如，若用于调节情绪，可能模糊自然情感与人工干预的界限，威胁用户的自我认同。在脑机接口与使用者达不到高度融合时，可能会导致用户怀疑‘这是我做的吗？’。一旦出现意外后果，则会带来归(guī)责(zé)的问题。”肖峰说。

有脑机接口研发者告诉澎湃科技，这些风险虽然在理论上存在，但现在讨论为时尚早。也有从业者认为，在技术发展的早期阶段，谈论这些风险过于“敏感”，可能会对产业发展不利。

肖峰指出，脑机接口风险的多数场景还属于“科(kē)幻(huàn)范(fàn)畴(chóu)”，尚(shàng)未(wèi)显(xiǎn)性(xìng)化(huà)。如(rú)果(guǒ)从(cóng)伦(lún)理(lǐ)风(fēng)险(xiǎn)角(jiǎo)度(dù)对(duì)技(jì)术(shù)过(guò)度(dù)干(gàn)预(yù)，确(què)实(shí)有(yǒu)可(kě)能(néng)限(xiàn)制(zhì)它(tā)的(de)发(fā)展(zhǎn)。

“但(dàn)另(lìng)一(yī)方面，也要警惕(tì)‘科(kē)林(lín)格(gé)里(lǐ)奇(qí)困(kùn)境(jìng)’（Collingridge dilemma）：一(yī)项(xiàng)技(jì)术(shù)在(zài)早(zǎo)期(qī)阶(jiē)段(duàn)易(yì)于(yú)调(diào)整(zhěng)但(dàn)难(nán)以(yǐ)预(yù)测(cè)影(yǐng)响(xiǎng)，而(ér)在(zài)成(chéng)熟(shú)期(qī)影(yǐng)响(xiǎng)显(xiǎn)现(xiàn)时(shí)却(què)已(yǐ)难(nán)以(yǐ)控(kòng)制。”他说，“今天的伦理讨论有可能会决定未来人类能否保持‘神经主权’。”

北京协和医学院人文学院教授、医学伦理学研究者张新庆认为，伦理问题的原则就是善与恶的道德原则，但对于脑机接口这样的前沿技术，除了将其用于有害目的“谬用”造成的风险以外，滥用与误用所导致的“无知风险”也可能导致恶果。

“比如脑机接口假如与人工智能融合到一起，人的思想、机器的‘思想’与神经组织紧密结合到一起，这种汇集技术造成严重不良事件的后果和可能性，应该说现在我们还不是很清楚。”他举例道。

因此，对于这类研究的开展和产品的开发，完善的(de)治(zhì)理(lǐ)机(jī)制(zhì)是(shì)必(bì)要(yào)的(de)。“既(jì)包(bāo)括(kuò)自(zì)上(shàng)而(ér)下(xià)的(de)政(zhèng)府(fǔ)政(zhèng)策(cè)对(duì)企(qǐ)业(yè)和(hé)学(xué)界(jiè)的(de)管(guǎn)理(lǐ)，也(yě)包(bāo)括(kuò)自(zì)下(xià)而(ér)上(shàng)的(de)患(huàn)者群体、公众代表、医疗机构、伦理委员会、舆论媒体的互动，在每一个点上都有充分的讨论，最终兼顾风险与收益的平衡。”张新庆说。