腦機接口

腦機接口（BCI）是時下一大熱門話題，相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新和高調(diào)的倡導(dǎo)者為公眾帶來了豐富的想象空間。為了讓大家了解這項技術(shù)的實際應(yīng)用，貿(mào)澤電子采訪了Neurolutions首席執(zhí)行官Leo Petrossian，以此來了解他們公司如何通過其IpsiHand治療設(shè)備成為非侵入式BCI領(lǐng)域的主要創(chuàng)新者。

Leo Petrossian是Neurolutions公司的現(xiàn)任首席執(zhí)行官。此前，他參與創(chuàng)立了Neural Analytics公司，還曾擔(dān)任Nile AI公司的首席執(zhí)行官。

Petrossian博士于2014年獲得加州大學(xué)洛杉磯分校安德森管理學(xué)院工商管理碩士學(xué)位，并于2007年作為美國國家科學(xué)基金會IGERT研究員在亞利桑那州立大學(xué)獲得生物分子納米技術(shù)和固態(tài)器件物理博士學(xué)位和碩士學(xué)位。他還擁有加州州立大學(xué)長灘分校電氣工程和生物醫(yī)學(xué)工程雙學(xué)士學(xué)位。

此次訪談中，Petrossian首先闡述了Neurolutions的特色：“在BCI領(lǐng)域，每家公司的區(qū)分度主要體現(xiàn)在兩個關(guān)鍵的地方。其中一個是究竟采用侵入式還是非侵入式技術(shù)。侵入式的概念在科幻小說里面很普遍，往神經(jīng)系統(tǒng)里植入一個東西，然后用戶就可以靠意念來操控這項技術(shù)；而另外一種BCI實現(xiàn)方法，就是采取外部或者非侵入式的技術(shù)?！?/p>

“然后第二個區(qū)分點，就是把這項技術(shù)用在哪里。許多投資BCI研究的公司都在關(guān)注假肢解決方案，希望做出來一種永久性的裝置，能夠替代或者增強用戶的一些能力，并且這個假肢是直接連接到大腦來控制的?！?/p>

Petrossian還表明了Neurolutions產(chǎn)品的設(shè)計理念：“我們的選擇是用BCI來治療疾病。和大家都在拿假肢搞永久性BCI相比，我們更看重它為治療應(yīng)用帶來的意義和機遇。我們認(rèn)為患者更愿意采用的，是一種可以隨時取下來的治療方案，而不是在身體里植入一個永久性的東西?！?/p>

IpsiHand的開發(fā)歷程

IpsiHand通過腦電圖（EEG）頭戴設(shè)備檢測大腦活動，并將指令發(fā)送到手部，然后通過電機幫助患者實現(xiàn)手部運動。

Petrossian向我們詳細介紹了Neurolutions IpsiHand的研制初衷。這款由大腦激活的治療設(shè)備能夠幫助中風(fēng)患者恢復(fù)運動控制能力?！澳憧吹街酗L(fēng)患者一側(cè)手臂動不了，這時候可能會下意識覺得這個人手臂有問題。但實際上這條手臂完好無損，因為中風(fēng)損傷的是大腦內(nèi)部?！?/p>

Petrossian做了一個實際演示?！叭绻医心闩e手，你馬上就會有‘我要把手舉起來’這個想法。大腦要把這個想法轉(zhuǎn)化成動作，就要先考慮如何讓手動起來。這就是大腦中產(chǎn)生的意圖，或者說是執(zhí)行運動前的計劃。對受過中風(fēng)損害的患者來說，他們失去了意圖和手部動作之間的聯(lián)系，因為中風(fēng)破壞了運動神經(jīng)回路中控制手部移動的那部分?！?/p>

IpsiHand使用佩戴在頭上的外部腦電圖（EEG）設(shè)備來捕獲信號。當(dāng)患者想要移動手時，EEG頭戴設(shè)備會正確地檢測出大腦中的信號，并將指令發(fā)送給IpsiHand，后者使用電機來移動患者的手（圖1）?；颊吒杏X到手的運動后，大腦就可以重建起意圖和手部運動之間的聯(lián)系。

Petrossian指出：“人腦的可塑性很強，它可以繞過受損區(qū)域建立新的通路，最終重建起整個體系。久而久之，患者就可以恢復(fù)運動控制能力。這個過程稱為赫布型學(xué)習(xí)。”

在談到治療的有效性時，Petrossian表示：“如果患者每天按照建議的時間使用IpsiHand，那么每使用一周，患者通常就能恢復(fù)1%的手部活動能力。并且這樣的效果是累積而且是永久性的。如果患者使用IpsiHand十周，并且達到了預(yù)期效果，那么即使關(guān)閉設(shè)備不再使用，他們也可以恢復(fù)10%的功能?！?/p>

將長期積累的知識運用到實踐中

雖然Neurolutions專注于新一代中風(fēng)康復(fù)技術(shù)，但IpsiHand背后的檢測技術(shù)并非新發(fā)明。檢測大腦活動的腦電圖（EEG）技術(shù)早在一個世紀(jì)前就已經(jīng)實現(xiàn)。事實上，腦電圖（EEG）是整個方案中最簡單的部分。Petrossian指出：“這項技術(shù)已經(jīng)很成熟，但IpsiHand的關(guān)鍵價值，在于我們?nèi)绾谓庾x大腦中檢測到的信號。BCI基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)就是這個解碼的步驟?！?/p>

Petrossian繼續(xù)指出為什么解碼這一步如此重要：“我們早就知道大腦的哪些部分控制著身體的哪些功能。每個中風(fēng)患者受到的大腦損傷都是不同的，都有獨特的癥狀和潛在的運動神經(jīng)回路損傷。要讓IpsiHand實現(xiàn)它的功能，就必須根據(jù)患者的具體情況來定制。這個過程需要一個小時，我們在其中運用了先進的人工智能技術(shù)，將患者大腦中收集到的信號用于訓(xùn)練IpsiHand，實現(xiàn)針對患者量身定制的效果?！?/p>

Petrossian認(rèn)為，非侵入式方法贏得了Neurolutions客戶的青睞。“許多投入到BCI的公司都是由工程師而不是臨床醫(yī)生領(lǐng)導(dǎo)的，他們更有可能形成技術(shù)至上的理念，而不是優(yōu)先考慮用戶的臨床需求。實際上，患者就應(yīng)該是治療方案的焦點所在，如果他們接受不了，IpsiHand就不會成功?！?/p>

Neurolutions IpsiHand獲得了美國食品和藥物管理局（FDA）的De Novo市場授權(quán)。“你可能覺得這是通往商業(yè)成功的敲門磚，但實際上它只是推出這個產(chǎn)品過程中的一小步。FDA的職責(zé)非常明確：確保各種療法的安全性和有效性。任何新器械都需要證明其獲益大于風(fēng)險。”

Petrossian承認(rèn)繼續(xù)開展研究仍然是非常重要的。“我們的解決方案之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，離不開華盛頓大學(xué)在侵入式技術(shù)方面所做的工作。這項技術(shù)得到驗證后，Neurolutions才能夠開發(fā)出可行的非侵入式解決方案。如果沒有最初的這項研究，我想任何此類產(chǎn)品都不可能獲得成功?！?/p>

與FDA和聯(lián)邦醫(yī)療保險合作

在成功通過FDA注冊后，Neurolutions與美國醫(yī)療保險和醫(yī)療補助服務(wù)中心（CMS）開展合作，使IpsiHand成為了一款可擴展產(chǎn)品。IpsiHand現(xiàn)在有了新的計費代碼，醫(yī)療專業(yè)人員可以將其作為治療手段開具處方，醫(yī)療保險也可能承擔(dān)部分治療費用，從而顯著增加干預(yù)措施的可及性。

雖然目前許多公司都與FDA合作，但Petrossian無法確定是否還有其他公司提交了類似的器械審批申請。Petrossian坦言了他們面臨的挑戰(zhàn)：“FDA需要知道或者相信你的器械不會對患者造成長期傷害。將電極植入大腦就是一種高風(fēng)險行為。所以在考慮風(fēng)險和回報時，必須把門檻定得很高，所以可能需要過很長時間，才能在市面上找到成功商業(yè)化的解決方案?！?/p>

Petrossian向所有想要開發(fā)新型BCI技術(shù)的人們提出了三條建議：“不要像工程師那樣思考，而要像臨床醫(yī)生或患者那樣思考。如果只關(guān)注技術(shù)，就會忽視最終目標(biāo)。其次，得到了FDA的批準(zhǔn)，并不能保證可以成功。這當(dāng)然是很重要的一步，但也只是漫長旅程中的一步。最后，如果不關(guān)注患者的臨床需求、支付方的經(jīng)濟需求或臨床醫(yī)生的實際需求，你的產(chǎn)品就永遠無法得到廣泛采用。”