通过脑机接口恢复行动能力

脑机接口

脑机接口（BCI）是时下一大热门话题，相关的技术创新和高调的倡导者为公众带来了丰富的想象空间。为了让大家了解这项技术的实际应用，贸泽电子采访了Neurolutions首席执行官Leo Petrossian，以此来了解他们公司如何通过其IpsiHand治疗设备成为非侵入式BCI领域的主要创新者。

Leo Petrossian是Neurolutions公司的现任首席执行官。此前，他参与创立了Neural Analytics公司，还曾担任Nile AI公司的首席执行官。

Petrossian博士于2014年获得加州大学洛杉矶分校安德森管理学院工商管理硕士学位，并于2007年作为美国国家科学基金会IGERT研究员在亚利桑那州立大学获得生物分子纳米技术和固态器件物理博士学位和硕士学位。他还拥有加州州立大学长滩分校电气工程和生物医学工程双学士学位。

此次访谈中，Petrossian首先阐述了Neurolutions的特色：“在BCI领域，每家公司的区分度主要体现在两个关键的地方。其中一个是究竟采用侵入式还是非侵入式技术。侵入式的概念在科幻小说里面很普遍，往神经系统里植入一个东西，然后用户就可以靠意念来操控这项技术；而另外一种BCI实现方法，就是采取外部或者非侵入式的技术。”

“然后第二个区分点，就是把这项技术用在哪里。许多投资BCI研究的公司都在关注假肢解决方案，希望做出来一种永久性的装置，能够替代或者增强用户的一些能力，并且这个假肢是直接连接到大脑来控制的。”

Petrossian还表明了Neurolutions产品的设计理念：“我们的选择是用BCI来治疗疾病。和大家都在拿假肢搞永久性BCI相比，我们更看重它为治疗应用带来的意义和机遇。我们认为患者更愿意采用的，是一种可以随时取下来的治疗方案，而不是在身体里植入一个永久性的东西。”

IpsiHand的开发历程

IpsiHand通过脑电图（EEG）头戴设备检测大脑活动，并将指令发送到手部，然后通过电机帮助患者实现手部运动。

Petrossian向我们详细介绍了Neurolutions IpsiHand的研制初衷。这款由大脑激活的治疗设备能够帮助中风患者恢复运动控制能力。“你看到中风患者一侧手臂动不了，这时候可能会下意识觉得这个人手臂有问题。但实际上这条手臂完好无损，因为中风损伤的是大脑内部。”

Petrossian做了一个实际演示。“如果我叫你举手，你马上就会有‘我要把手举起来’这个想法。大脑要把这个想法转化成动作，就要先考虑如何让手动起来。这就是大脑中产生的意图，或者说是执行运动前的计划。对受过中风损害的患者来说，他们失去了意图和手部动作之间的联系，因为中风破坏了运动神经回路中控制手部移动的那部分。”

IpsiHand使用佩戴在头上的外部脑电图（EEG）设备来捕获信号。当患者想要移动手时，EEG头戴设备会正确地检测出大脑中的信号，并将指令发送给IpsiHand，后者使用电机来移动患者的手（图1）。患者感觉到手的运动后，大脑就可以重建起意图和手部运动之间的联系。

Petrossian指出：“人脑的可塑性很强，它可以绕过受损区域建立新的通路，最终重建起整个体系。久而久之，患者就可以恢复运动控制能力。这个过程称为赫布型学习。”

在谈到治疗的有效性时，Petrossian表示：“如果患者每天按照建议的时间使用IpsiHand，那么每使用一周，患者通常就能恢复1%的手部活动能力。并且这样的效果是累积而且是永久性的。如果患者使用IpsiHand十周，并且达到了预期效果，那么即使关闭设备不再使用，他们也可以恢复10%的功能。”

将长期积累的知识运用到实践中

虽然Neurolutions专注于新一代中风康复技术，但IpsiHand背后的检测技术并非新发明。检测大脑活动的脑电图（EEG）技术早在一个世纪前就已经实现。事实上，脑电图（EEG）是整个方案中最简单的部分。Petrossian指出：“这项技术已经很成熟，但IpsiHand的关键价值，在于我们如何解读大脑中检测到的信号。BCI基础设施领域最大的挑战就是这个解码的步骤。”

Petrossian继续指出为什么解码这一步如此重要：“我们早就知道大脑的哪些部分控制着身体的哪些功能。每个中风患者受到的大脑损伤都是不同的，都有独特的症状和潜在的运动神经回路损伤。要让IpsiHand实现它的功能，就必须根据患者的具体情况来定制。这个过程需要一个小时，我们在其中运用了先进的人工智能技术，将患者大脑中收集到的信号用于训练IpsiHand，实现针对患者量身定制的效果。”

Petrossian认为，非侵入式方法赢得了Neurolutions客户的青睐。“许多投入到BCI的公司都是由工程师而不是临床医生领导的，他们更有可能形成技术至上的理念，而不是优先考虑用户的临床需求。实际上，患者就应该是治疗方案的焦点所在，如果他们接受不了，IpsiHand就不会成功。”

Neurolutions IpsiHand获得了美国食品和药物管理局（FDA）的De Novo市场授权。“你可能觉得这是通往商业成功的敲门砖，但实际上它只是推出这个产品过程中的一小步。FDA的职责非常明确：确保各种疗法的安全性和有效性。任何新器械都需要证明其获益大于风险。”

Petrossian承认继续开展研究仍然是非常重要的。“我们的解决方案之所以能够实现，离不开华盛顿大学在侵入式技术方面所做的工作。这项技术得到验证后，Neurolutions才能够开发出可行的非侵入式解决方案。如果没有最初的这项研究，我想任何此类产品都不可能获得成功。”

与FDA和联邦医疗保险合作

在成功通过FDA注册后，Neurolutions与美国医疗保险和医疗补助服务中心（CMS）开展合作，使IpsiHand成为了一款可扩展产品。IpsiHand现在有了新的计费代码，医疗专业人员可以将其作为治疗手段开具处方，医疗保险也可能承担部分治疗费用，从而显著增加干预措施的可及性。

虽然目前许多公司都与FDA合作，但Petrossian无法确定是否还有其他公司提交了类似的器械审批申请。Petrossian坦言了他们面临的挑战：“FDA需要知道或者相信你的器械不会对患者造成长期伤害。将电极植入大脑就是一种高风险行为。所以在考虑风险和回报时，必须把门槛定得很高，所以可能需要过很长时间，才能在市面上找到成功商业化的解决方案。”

Petrossian向所有想要开发新型BCI技术的人们提出了三条建议：“不要像工程师那样思考，而要像临床医生或患者那样思考。如果只关注技术，就会忽视最终目标。其次，得到了FDA的批准，并不能保证可以成功。这当然是很重要的一步，但也只是漫长旅程中的一步。最后，如果不关注患者的临床需求、支付方的经济需求或临床医生的实际需求，你的产品就永远无法得到广泛采用。”