脑机接口新技术详解：血管内植入脑机接口设备“Stentrode”

在比尔·盖茨和杰夫·贝佐斯的支持下，澳大利亚初创公司 Synchron 杀入脑机接口市场，似乎将要击败埃隆·马斯克的Neuralink。该公司推出了一种安全、可靠的脑机接口，任何医院都可以快速安装 —— 而且不会在你的头骨上留下一个洞。

首先，我们一起来简要了解一下脑机接口（Brain-computer interfaces）。

脑机接口将电极放置在特定的大脑区域旁边，读取电活动，将特定的想法和意图转化为信号，这些信号可以用来控制电脑、移动设备，理论上还可以用来控制电动轮椅和假肢等其他东西。

最初，它们主要作为医疗设备出售，这些设备可以为那些因脊髓损伤、运动神经元疾病和其他疾病而失去运动功能的人带来沟通、互动、独立和人性。但其他人则期待着，未来它们将被植入体内，用以增强健康人群的新的精神控制能力。

Neuralink、Blackrock Neurotech、BrainGate和许多其他公司在大脑读取植入物方面都取得了进展，这些植入物将多达1000多个电极直接放入脑组织中，以实现高带宽和潜在的双向通信。

但要做到这一点，他们需要在病人的头骨上切开一个洞。这种操作会导致各种各样的并发症，无论是医疗上的还是监管上的，坦率地说，人们需要在头上开一个洞，这可能是很多人无法接受的事。

澳大利亚的初创公司 Synchron 则采用了一种不同的、高度实用的方法：这家公司开发了一种“支架（Stentrode）”，可以通过颈静脉植入，并通过大脑血管引导到运动皮层旁边的位置。在这里，它就像一个常规的自我膨胀支架一样被部署，它在特定的大脑区域旁边放置了16个电极，这些电极可以用来无线和即时地控制设备。

与马斯克的 Neuralink 和其他竞争对手的千电极芯片相比，这种方法似乎有点低保真，但 Synchron 联合创始人兼首席技术官尼古拉斯·奥皮（Nicholas Opie）教授指出，在早期，这实际上是一个相当大的优势；已经安装了“支架”的10名患者发现它非常可靠，他们在安装的那天就开始学习使用它，而且，他们发现它永远不需要重新校准。

事实上，任何诊所都可以植入该设备，再加上整个设备是完全植入的，没有任何东西穿透皮肤，这应该会使它成为美国食品药品监督管理局（FDA）等机构批准的更简单的设备，为潜在的更快的市场路径创造条件，Synchron 公司希望，这将使 Stentrode 在激烈的竞争展开前就能广泛提供给残疾患者。

Synchron 公司获得了大约1.45亿美元的资金，其中包括盖茨前沿（Gates Frontier）和贝索斯探险（Bezos Expeditions）两家组织，该公司正在进行关键试验，以使该设备获得医疗用途的批准。

Synchron 的微创脑机接口

尼古拉斯·奥皮教授表示：“我们正在努力创造一个瘫痪患者不受疾病影响的世界。我们希望能够帮助这些人再次沟通，从长远来看，能够移动和独立生活。”

几十年的研究表明，当人们想要执行动作时，你可以记录下大脑运动皮层发出的信号，并将它们转化为指令，这些指令可以被电脑或轮椅等外部设备使用。

目前，这项技术的问题在于它还处于研究阶段 —— FDA还没有批准使用这些侵入性设备。这些技术需要开颅手术进入大脑，然后将电极直接放在大脑上或穿透到脆弱的组织本身。

大脑上有很多不同的层，尤其是头骨，它们会减弱和阻挡电信号。所以，避开它们的最好方法就是躲到头骨下面。一种方法是通过钻孔或锯切和移除大块的头骨。Synchron 公司想出了另一种方法：利用血管到达颅骨下面，而且这种方法不需要这种侵入性手术。

“支架（Stentrode）”设备如何植入

该设备通过颈静脉进入，然后使用身体的自然高速公路，通过血管到达运动皮层。当到达指定区域后，开始放置 Stentrode，一个自我膨胀的镍钛诺支架植入物周围分布着16个电极。

现在，人类的血管系统已经绘制得很好。如果你有堵塞、血管破裂或类似的情况，医生已经使用类似的程序。在血管中植入支架以保持血管畅通已有很长的历史。因此，Synchron的想法是：利用这个方法与大脑的关键区域进行密切接触，并创造一个大脑/计算机接口，它与外科医生已经拥有的基础设施、设备和技能完全兼容。

目前的医院基本都有卒中中心，而且越来越多。所以，植入这个设备所需的一切，包括医生的技能，都已经存在了。Synchron 公司表示，他们只是在利用已经存在的东西。而且，这是日间手术，不需要过夜或监护。

在材料方面，该设备使用同样的自膨胀材料作为支架，但把它作为嵌入电极的支架。Synchron 已经把它缩小到一个非常小的管子，可以用传统的导管系统输送到大脑。当导管被取出时，它会膨胀并将电极推向血管壁。

上矢状窦处的血管是大脑的主要引流通道之一，该血管的直径相当大 —— 约4到7毫米。与用于起搏导线和其他东西的一些厚而粗的导线相比，Synchron设备的导线非常小。

一旦它被部署，电线的另一端会插入一个起搏器式的装置，它位于胸部的皮肤下。所以，整个脑机接口装置是完全植入的。

与穿透颅骨的电极相比，使用支架的优势

其他技术的一个问题是，它们有暴露的部分，电线和电缆以及从大脑中出来的东西。很明显，感染风险很大，所以，没有一个有这些系统的病人能够在家里使用它们。他们只能在进入实验室或临床环境时使用。

而且，切除并替换部分颅骨，虽然有些公司在这方面取得了一些成功。但大脑真的不喜欢被塞入东西。它就像一个碎片，你的身体会试图拒绝它，把它推出去。早在 Neuralink 出现之前，许多研究小组已经用穿透电极做了几十年的研究，他们都面临着同样的问题。

对 Synchron 来说，血管也想要排斥他们的设备，但它是通过将其推入壁上来排斥它，并最终在几周内用皮肤覆盖它。这对 Stentrode 是有利的，因为它把它推得更靠近大脑，把它固定在脑壁上。所以，身体的反应反而发挥了 Stentrode 的优势，而且它不会阻碍血液流动。

相比数千个电极，16个电极是否足够

确实，和其他的技术方式相比，16个电极并不多。问题是，你打算用它做什么？Synchron指出，现在有很多病人，他们想要可靠、安全、轻松地使用它，不需要任何校准。他们希望每次都能成功。16个电极足以让他们交流，使用电话，使用电子邮件，购物，网上银行，所有这些事情。

这同样取决于程序和患者想做的事情，但只要一个开关或按钮，加上一些人可以使用的眼动追踪，他们就可以在屏幕上导航，并点击鼠标。一旦你有了这些，你就可以在电脑或智能手机上或多或少地做任何事情。你可以控制智能家居，灯光，电视，诸如此类的东西。

如果你加入更多的开关，期望你能控制电动轮椅也是可能的；向前，向后，向左，向右。或者类似地，如果你不能使用眼动追踪控制鼠标指针。如果你有10个开关，也许你就可以操作每个手指，也许你可以更快地使用键盘。

实际上，过多的开关数量，很可能已经超出了患者实际能够控制的范围。一旦达到某个数量，它就超出了人们有意控制开关的范围，你就不得不接收潜意识的信号，并推断需要做什么。而 Synchron 的策略是想让人们控制他们在做什么，在他们想要的时间和地点准确地点击即可。

也许，总有一天可以在人们身上安装更多的电极和传感器 —— 你当然可以通过不同的血管进入大脑的不同区域。Synchron认为，他们的 Stentrode 是最好的起点。

关于人体试验的进展和商业化的道路

Synchron公司已经在澳大利亚完成了一项人体试验，试验对象是四名运动神经元疾病（MND）患者。这些病人都没有出现严重的不良反应，而且，他们都能通过这个系统用意念控制电脑。在美国，Synchron公司对6名患者进行了早期的可行性试验。因此，Synchron公司将结合这10项来完成早期的可行性研究。这方面的成功将导致FDA进行一项关键试验，关键试验如果成功，Synchron的脑机设备将被认定为安全有效的产品，可以开始为商业发布做好准备，医生将被允许开处方，它可以被社区使用。

目前，Synchron正在和FDA就关键试验进行谈判，以获得足够的证据证明它是安全和有效的。需要注意的是，进行这些试验需要很长时间，试验结束后还会有一段时间的后续研究。Synchron公司表示，希望它能在四到五年内完成。

关于 Neuralink 和其他竞争公司

对于任何在这个领域工作的人来说，埃隆·马斯克和Neuralink给这类工作带来的关注是非常棒的。有很多人迫切需要这项技术，而且有空间容纳不止一个玩家。Synchron公司认为，他们已经找到了一种让该技术更安全的方法，而且目前处于领先地位。

目前，在美国还有几个小组在做穿透电极阵列。由于它的侵入性，他们已经获得了FDA的批准可以在短时间内植入它，但它需要被移除。现在，你显然不能强迫一个人做手术，所以这是一个灰色区域，告诉人们他们需要切除它们。

就 Neuralink 而言，该公司没有经过同行评审的研究，也没有详细的信息，只有 Twitter 上的信息。虽然，我们知道他们已经获得了FDA对人体试验的某种批准，但这是非常模糊的，FDA可能会给予很多不同的条件批准。所以，并不能显示出这些技术到底走了多远。

据悉，Synchron公司的技术刚刚被提名为欧洲专利局奖的决赛选手。

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