JAMA Neurology: 独创介入式脑机接口，瘫痪患者的福音？

2023-03-14 12:03

“脑机接口”的概念在近几年可是风靡全球，关于脑机接口的应用和未来进展促使了医学、计算机、材料多学科合作的发展。对于很多瘫痪的病人，脑机接口可以通过利用皮层运动信号绕过受损的肢体并直接控制计算机，借助外界机械来恢复运动能力。

可是，当前大部分的脑机接口技术都是基于开颅手术进行的。即便是埃隆马斯克那所大名鼎鼎的 Neurolink 公司，也是通过开颅手术来植入脑机接口芯片的。有治疗需求的患者很难克服对开颅的心理恐惧。但随着近几年血管介入手术的发展，脑机接口技术和微创介入的结合成为了可能。当两者强强联合时，能否碰撞出别样的火花，减轻患者的痛苦呢？

近日，JAMA Neurology 上发表了一项研究，首次成功借助一种微创血管内治疗技术，将记录电极植入瘫痪患者的大脑运动皮层处，研究成果令人耳目一新，似乎为脑机接口的应用方向点亮了曙光。

研究结果表明，通过血管介入的方式放置传输神经信号的装置是有效且相对安全的，脑机接口可以准确识别运动皮层发出的动作指令，并协助患者完成日常生活事务。这一创新的手术方式为微创脑机接口技术提供了未来研究基础。

这项研究一共纳入了 4 例严重双侧上肢瘫痪患者，其中3名患者诊断为肌萎缩性侧索硬化症，1名患者诊断为原发性脊髓侧索硬化症。在术前，通过磁共振成像（MRI）评估颅内静脉窦的完整性。研究者选择颈静脉为入路，通过导管将一个 16 电极传感装置植入上矢状窦，附近的中央前回（运动皮层）产生信号，经血管导线会将运动信号传输到锁骨下处植入的接收-发射单元，从而与外部设备（计算机）进行无线通信。通过对信号进行解码来反映脑机接口采集运动信号的准确性（图 1）。

图 1. 经导管脑机接口技术流程图

研究的探索性终点是超过 12 个月的传输信号保真度和稳定性（信号带宽的变化），对外界计算机的有效控制，以及不同开关数的解码准确率（switches）。解码开关数是指脑机接口可以从复杂神经元信号中识别出的不同运动状态的指令个数（如：休息/运动为两开关的解码）。神经元信号首先通过神经解码器生成开关，并与眼球跟踪（ET）相结合，用于计算机上的光标导航，以实现计算机控制。计算机控制的测试包括识别正确字符、浏览和发送电子邮件、购物，以及使用日常生活设备的能力。主要安全终点是器械相关死亡或永久性残疾程度增加等不良事件。

经导管植入脑机接口的信号稳定性和保真度

分析发现，4 例患者在 12 个月的随访期内，信号带宽相对稳定在 233±16 (mean± SD) Hz（图 2）。对于识别休息/关节运动的两开关解码效果最好，准确度达到了 85.2±7.9 (mean±SD) %。而对三开关、五开关的更高级别的动作识别效果较差（68.3±12.5%；41.1±8.0%）（图 3）。

图 2. 经导管植入脑机接口采集信号的稳定性

图 3. 识别四名患者动作分类的准确度

对计算机的控制能力、

完成日常生活事务的能力

经导管植入脑机接口对计算机的控制结果非常理想。借助光标控制，患者能够准确识别 97.2±2.6%的单词。患者也能够借助计算机完成基本的日常任务，如发送电子邮件、网络购物、财务管理、提出护理需求等。患者随访期间也表达了对这种脑机接口辅助日常生活的满意（图 4）。

图 4. 四名患者识别字符的速度和准确度

手术操作的安全性

研究随访期间，4 名患者均未发生与器械相关的严重不良事件或神经功能受损事件。这初步证实了经导管脑机接口置入的安全性。

研究采用的脑机接口装置的独到之处？

本研究采用了 “Stentrode”脑机接口装置，这是首次将这一产品应用于人体临床试验。基于传统的卒中介入治疗理念，通过血管植入，兼具微创、快速的特点。通过与一个镍钛柔性合金支架结合，Stentrode 仅有火柴棍大小。装置到达目标皮层上方的血管位置后，支架就会膨胀，将电极压在靠近皮层的血管壁上，从而在那里进行稳定的神经信号传输。

这项脑机接口新技术是一把双刃剑吗？

研究者也对这类血管内置入接口技术表示了一定的担忧，血管内置入的电极阵列在短期内的信号采集效果虽然良好，但不能确保长期的信号采集稳定性，需要更大样本、长期随访的研究来进一步炎症这一技术的安全性和有效性。同时，如何更加精确地根据运动功能缺损的特征来选择电极的置入位置也是一个难题。此外，经导管置入异物是否会进一步增加血栓栓塞的风险，以及术前预防性抗血小板后的出血风险也有待于进一步评估。

但可以肯定的是，这是一项具有里程碑意义的研究，它首次证实了经导管置入脑机接口设备的可行性。或许在不久的将来，真正通过微创的手段来改善瘫痪群体的生活质量将成为现实。

参考文献：

1. Mitchell P, Lee SCM, Yoo PE, et al. Assessment of Safety of a Fully Implanted Endovascular Brain-Computer Interface for Severe Paralysis in 4 Patients: The Stentrode With Thought-Controlled Digital Switch (SWITCH) Study. JAMA Neurol. Published online January 9, 2023. doi:10.1001/jamaneurol.2022.4847

2. Oxley TJ, Yoo PE, Rind GS, et al. Motor neuroprosthesis implanted with neurointerventional surgery improves capacity for activities of daily living tasks in severe paralysis: first in-human experience. J Neurointerv Surg. 2021;13(2):102-108. doi:10.1136/neurintsurg-2020-016862

撰文 | lyw

编辑 | cici

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来源: qq

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