会议报道 | 脑机接口2.0时代来了？柏林大学Surjo Soekadar教授分享最新预测
我们是否能像《阿凡达》那样通过意识传递让瘫痪患者重获运动能力？在未来，人类是否能像《环太平洋》那样穿戴外骨骼突破运动极限？如今的双向脑机接口已发展到了哪里，哪些疾病可以藉由脑机接口的临床应用而得到进一步的医治？
在9月16日天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI）主办举行的“面向大众的神经技术”国际论坛上，来自柏林大学医学中心的Surjo Soekadar教授为大家带来了“用于心理康复的双向脑机接口”主题报告，向大家介绍了双向脑机接口在心理康复治疗中的最新进展及未来面临的挑战和机遇，并和观众进行了深度互动，为观众解答了脑机接口领域的问题。（点击查看论坛报道）
神经健康和精神健康问题日益凸显
Surjo教授介绍到，随着现代社会的发展，神经健康和精神健康问题日益凸显，成为当代人们面临的一个重大难题。全球范围内，大约每5个人就有1人受到神经系统紊乱的影响，包括慢性疼痛、偏头疼、阿尔兹海默症和脑卒中等；另外，有近10亿人被诸如抑郁、焦虑、双向情感障碍、精神分裂、强迫症等心理健康疾病困扰着。目前，传统的治疗方法效果有限，一方面，药物治疗可能面临耐药、副作用大等问题；另一方面，心理治疗则面临着执业心理治疗师供不应求，需要较长的治疗时间等局限。
脑机接口为多种疾病治疗带来新希望
1929年，奥地利精神病学家Hans Berger首次通过非侵入的脑电图记录到人体脑电。发展至今，人们已能通过多种非侵入式方法获取脑内的信号，比如脑磁图、功能性磁共振成像、功能性近红外成像、正电子发射断层成像等。通过高灵敏度传感器，可以在室温下进行脑内信息收集、解码、使用和反馈，从而帮助患者进行治疗。
针对神经和精神类疾病，Surjo教授认为基于脑电信号的双向脑机接口或许是治疗的关键所在，并列举了诸多实际应用场景。他首先介绍了脑机接口在肌萎缩侧索硬化症（ALS）治疗中的应用，ALS患者进行训练后，可以通过脑电信息收集，进行字母选择并完成信息的录入。
特别地，Surjo教授详细介绍了非侵入性脑机接口外骨骼装置的应用。通过在患者脑内植入芯片，可以解码患者脑内的信息，对信息进行解读后可以定向控制外骨骼；同时外骨骼也可以接触物体并反馈作用力，将信息传递给大脑皮层，从而实现信息的反馈、破译和解码，最终完成移动各种物体的动作。目前的临床试验显示，患者已经可以通过外骨骼完成多项活动，包括饮酒、吃饭和饮水等。
▷图注：非侵入性脑机接口外骨骼装置的应用
此外，Surjo教授及其团队发现，脑机接口外骨骼的使用可以促进大脑的可塑性。研究显示，数百名患者在使用外骨骼之后，其大脑皮层内相关区域会重新排列，这将帮助重建患者的运动功能。具体来说，这些下肢瘫痪患者在接受外骨骼治疗（每3天一次，为期30个月）后，下肢功能部分得到了恢复。同时，通过脑机接口外骨骼还可以模拟患者的日常的行为（例如举起手臂），从而保证患者的运动功能不会因为长期不运动而退化。
▷图注：脑机接口外骨骼的使用可以促进大脑的可塑性
随后，Surjo教授为我们介绍了团队正在研发的手部外骨骼设备，该设备可以为患者量身定制。患者只需要10分钟便能学会如何操作设备，进而通过外骨骼进行一些小物品的抓取和使用，比如举起杯子饮水等。这项技术可以引入到康复医疗科的患者功能恢复和改善当中。
▷图注：正在研发的手部外骨骼设备
Surjo教授表示，目前双向脑机接口应用于临床仍旧存在多方面的挑战。在技术方面，双向脑机接口使用的便利性、稳定性、舒适性、实用性、适用性仍需要进一步提高。在临床应用方面，脑机接口医疗供给端则需要考虑到患者接受治疗后报销问题，以及治疗师培训、执行等流程的规范化，还需要考虑患者不同治疗方案间的相互作用。
下一代脑机接口，从生理走向身心
目前脑机接口主要发力于运动领域，研究目的也集中在如何帮助患者抓取和移动杯子，并反馈一些感觉和位置信息，从而形成感觉的闭环反馈。那么，展望未来，下一代脑机接口应该走向何方？
Surjo教授表示，除了可以带来功能和结构的重组外，下一代脑机接口还应通过脑内的互动带来感觉反馈，包括工作记忆和情绪调节，从而带来运动感觉的综合体验。为了达到这一目标，就需要对大脑内的信息进行充分的解读，在这一过程中遇到的主要挑战是如何将行为、脑功能和脑影像之间进行联系。
▷图注：下一代脑机接口还应通过脑内的互动带来感觉反馈
令人振奋的是，Surjo教授团队在这一方面已有了一些工作进展。比如，研究交流电模拟频率对于感知有特定的影响，发现100~200微米的振动波可以反映患者的情绪模拟，通过热电离质谱仪（Thermal Ionization Mass Spectrometer，TIMS）技术，利用磁场在患者脑部产生更深层次的刺激，再通过高频电磁波就可以对深层脑区进行高灵敏度、非侵入的信息收集和反馈。和传统技术比起来，TIMS技术有更高的空间分辨率，同时也没有体感伪影等干扰。
▷图注：TIMS技术的技术优势
然而，对新一代脑机接口研究领域的探索也存在着瓶颈。据Surjo教授介绍，目前科学家在精神健康领域仍未找到明确的生物标志物。长久以来，在大脑中通过通用的生物标记物进行定位是一件困难的事。大脑皮质上有着十分复杂的信息整合机制，目前的技术仅能对部分脑部信息进行观测。Surjo教授表示，通过量子传感器可以有助于解决这一问题。而量子传感器十分敏感，需要在磁屏蔽的环境下运行信息监测。这也是未来研究者需要攻克的问题。
演讲最后，Surjo教授指出，对于存在运动功能缺陷的人来说，辅助和恢复型的脑机接口是一个有效的临床应用工具。通过脑机接口联合神经调节技术，以及非侵入性的脑刺激技术（NIBS）可以帮助阐明脑振荡、脑功能和行为之间的因果关系。此外，针对脑机接口的研究应不止于运动领域，而应向针对精神健康康复的非侵入性的双向脑机接口领域发展。在本次会议上，Surjo教授也对观众提出的追问问题进行了回答。
Q
精神疾病是非常复杂的，多种因素可能导致精神疾病的出现，找到和精神疾病相关的生物标记物和对应的治疗方法是一个相当大的挑战。我们该如何应对这一挑战？
@Surjo Soekadar
从精神科临床医生的角度来看，目前我们对于精神疾病的了解并不透彻，现在使用的研究工具和治疗药物可能会给精神疾病患者带来很多的痛苦，需要研发一些新的有效工具并找到新的治疗药物。
首先我们需要了解精神疾病的发病机制，包括心理社会层面的因素（收入、环境污染等）。当大脑出现某种病变的时候，往往可能出现一些症状，如果我们可以通过神经科学的方式让大脑恢复到原来的状态，那么就有可能让患者配合治疗（比如抑郁患者本身就可能对治疗存在抵触心理，因此心理治疗师的治疗可能十分苦难）。
另一方面需要解决的挑战则是在大脑的整体生态环境中，如何将我们已经发现的技术引入其中，帮助促进大脑可塑性并保持我们的精神健康，这需要我们从整体上解决这一问题。
Q
在面向大众的神经技术中，对于精神障碍的治疗，侵入性或非侵入性技术哪个有更多的治疗潜力？
@Surjo Soekadar
目前来说，包括脑电图在内的许多工具，都可以帮助我们更好地理解大脑的活动。但是我们需要了解全脑活动，而不是局部脑活动，这在目前来说仍旧存在比较大的困难。只有当我们了解了不同脑回路如何运作，并找出不同疾病发生的症状，才能更好地对精神疾病进行治疗。因此在我们了解全脑活动后，根据不同的原理、针对不同的疾病症状，选择对应的治疗方式，才能更好地对患者进行治疗。
随着脑神经机制研究的深入，人类对于大脑的了解也越来越深入，脑机接口技术得到了进一步发展。多种神经技术正使人们从科幻走向现实，《阿凡达》、《骇客帝国》、《三体》等经典科幻作品中描绘的精彩而大胆的神经技术将逐步走进日常生活，造福大众。
未来我们是否可以通过脑脑互联达成思想交流？是否可以通过云端存储自己的意识实现另一种永生？又是否可以如《环太平洋》中那样，通过神经控制巨大的机甲并行动如风？这些猜想是否会实现，我们翘首以待。
来自@Surjo Soekadar的追问：
现在精神病学的治疗主要是药物和心理治疗，你认为20年后精神病学会走到哪一步？
在大众心理健康领域建立神经技术的最大挑战是什么？
针对Surjo Soekadar教授的问题，我们将邀请更多嘉宾探索答案，敬请关注。
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TCCI天桥脑科学研究院
天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI）是由陈天桥、雒芊芊夫妇私人出资10亿美元创建的，旨在支持、推进全球范围内脑科学研究，造福全人类。TCCI一期投入5亿元人民币支持中国的脑科学研究，与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所（又名TCCI转化中心），致力于提升脑健康和脑疾病治疗研究和成果转化。后又与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作设立了应用神经技术前沿实验室和人工智能与精神健康实验室，投入相关技术的直接开发和研究。在国际上TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院，设脑机接口、社交与决策神经科学、系统神经科学、分子与细胞神经科学、大脑成像、神经科学教育等多个中心，重点关注大脑基础研究。TCCI还在全球持续支持了中国、欧洲、日本、美国等地的神经科学年会。TCCI已经成为全球最知名和最大规模的支持人类脑科学研究的研究机构之一。
作者：Aaron
责编：Jiahui
审校：徐韵珂
排版：Yunshan