中國信通院 腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書2023年

腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新合作平臺腦機(jī)接口研究工作組中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所前言腦機(jī)接口（brain-computerinterface,BCI）技術(shù)是一種變革性的人機(jī)交互，其繞過外周神經(jīng)和肌肉直接在大腦與外部設(shè)備之間建立一種全新的通信與控制通道，具有監(jiān)測、替代、改善/恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充受損或有障礙的自然中樞神經(jīng)系統(tǒng)輸出輸入的功效，在醫(yī)療健康領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的快速發(fā)展，其與腦機(jī)接口作為多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)，已引起全球廣泛關(guān)注，我國“十四五”規(guī)劃中也將腦科學(xué)與類腦研究列為國家戰(zhàn)略科技力部、國家藥品監(jiān)督管理局公布了人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新任務(wù)揭榜入圍單位，多項腦機(jī)接口項目入圍，標(biāo)志著我國腦機(jī)接口相關(guān)醫(yī)療器院作為牽頭單位聯(lián)合國內(nèi)14家腦機(jī)接口領(lǐng)域知名研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)企業(yè)共同編寫發(fā)布了《腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書（2021年）》，獲得了業(yè)界的廣泛關(guān)注。時隔兩年，人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新合作平臺與中國信息通信研究院共同牽頭，聯(lián)合行業(yè)代表，再次共同編制發(fā)布《腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書（2023年）》，持續(xù)跟蹤腦機(jī)接口在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和監(jiān)管動態(tài)，希望為高校科研院所、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、業(yè)界廠商、政府機(jī)構(gòu)等相關(guān)方提供有益思考，共同推動腦機(jī)接口在醫(yī)2023年版的白皮書包括腦機(jī)接口的技術(shù)現(xiàn)狀、醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范、醫(yī)療應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程與功效評價方法、在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展。除此而外，還包括腦機(jī)接口政策和在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用的監(jiān)管、面臨的新挑戰(zhàn)和發(fā)展建議。最后在附錄一介紹與2021年版的白皮書相比，本白皮書增加了近兩年的腦機(jī)接口技術(shù)新進(jìn)展和理念，主要包括腦信號采集技術(shù)新突破、變革傳統(tǒng)腦機(jī)接口范式、腦機(jī)接口技術(shù)與先進(jìn)的AI技術(shù)相結(jié)合提升腦信號解碼性能、以用戶為中心的腦機(jī)接口設(shè)計和評價方法、植入式和非植入式腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范、腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)我們還將廣泛采納各方面的建議，進(jìn)一步深入相關(guān)研究，持續(xù)完善白皮書內(nèi)容，在已有版本的基礎(chǔ)上，適時修訂發(fā)布新版。我們誠邀各界專家學(xué)者參與我們的研究工作，積極獻(xiàn)言獻(xiàn)策，為促進(jìn)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。如您有意愿，請聯(lián)系我們：本白皮書版權(quán)屬于人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新合作平臺，并受法律保護(hù)。轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用本白皮書文字或者觀點的，應(yīng)注明“來源：人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新合作平臺”。婧V 編制說明 V圖表目錄 VI1腦機(jī)接口技術(shù)現(xiàn)狀 11.1腦機(jī)接口技術(shù)簡介 11.2腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)展 91.3以用戶為中心的腦機(jī)接口設(shè)計和評價方法 2腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范 2.1植入式腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范考量 2.2非植入式腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范考量 3腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程與功效評價方法 413.1腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化操作流程 413.2腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用功效評價方法 434腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用 464.1腦機(jī)接口在監(jiān)測診斷領(lǐng)域應(yīng)用 464.2腦機(jī)接口在疾病治療領(lǐng)域應(yīng)用 494.3腦機(jī)接口在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用 4.4腦機(jī)接口在健康管理和疾病預(yù)防領(lǐng)域的應(yīng)用 565腦機(jī)接口在醫(yī)療健康領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展 5.1產(chǎn)業(yè)環(huán)境 5.2腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 6腦機(jī)接口政策和在醫(yī)療健康領(lǐng)域的監(jiān)管 6.1政策現(xiàn)狀 6.2腦機(jī)接口在醫(yī)療器械領(lǐng)域的監(jiān)管現(xiàn)狀 7腦機(jī)接口在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)和發(fā)展建議 82 827.2技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和監(jiān)管發(fā)展建議 84參考文獻(xiàn) 87附錄一：腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用案例 93案例一：華西醫(yī)院面向腦卒中康復(fù)的動作觀察關(guān)聯(lián)誘發(fā)腦機(jī)接口技術(shù) 93案例二：首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院腦機(jī)接口技術(shù)在難治性癲癇中的應(yīng)用 95案例三：天津大學(xué)神工系列人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng) 97案例四：博?？翟诰€時域空域腦功能定位系統(tǒng) 案例五：海天智能腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng) 案例六：中國科學(xué)院自動化所基于腦機(jī)交互的經(jīng)顱交流電刺激促進(jìn)視覺康復(fù)技術(shù) 案例七：腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實驗室面向聽覺感知及康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用 案例八：昆明理工大學(xué)基于腦機(jī)交互的多模態(tài)神經(jīng)反饋促進(jìn)PTSD康復(fù)應(yīng)用 案例九：中電云腦腦機(jī)接口開源軟件平臺及腦控打字應(yīng)用 110VI圖表目錄圖1狹義的BCI技術(shù)系統(tǒng)示意圖：從大腦向機(jī)器輸出為主的BCI。NF為神經(jīng)反饋[6]2圖2以輸入為主的雙向閉環(huán)BCI系統(tǒng)示意圖[7] 2圖3面向康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用的雙向閉環(huán)BCI[7][8] 3圖4植入式采集Spikes和ECoG示意圖。（a）皮質(zhì)內(nèi)采集Spikes；（b）硬膜上或硬膜下皮層表面采集ECoG[3][4] 5圖5BCI分類示意圖 8圖6（a）8個sEEG電極軸/桿（shaft）的軌道規(guī)劃。（b）計算機(jī)斷層掃描顯示植入電極軸/桿位置。（c）植入的電極軸/桿。與ECoG植入物所需的相對較大的開顱手術(shù)相比，sEEG只需要較小的局部鉆孔[18]。 圖7入耳式電子器件設(shè)計。（a）SpiralE耳內(nèi)腦電記錄示意圖。（b）SpiralE順應(yīng)適形耳道內(nèi)壁的照片。右上角的插圖是一張由醫(yī)用內(nèi)窺鏡拍攝的照片。右下插圖顯示了從耳內(nèi)取下SpiralE后其不規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)。（c）所設(shè)計的SpiralE功能層的分解示意圖。右側(cè)插圖分別是腦電檢測層和電熱致動層的照片。（d）暫時固定形狀的SpiralE（左側(cè)），并恢復(fù)為半徑較大的永久形狀（右側(cè)）[19]。...11圖8微創(chuàng)血管支架電極陣列及內(nèi)部組件連接示意圖。（a）微創(chuàng)血管支架電極陣列；（b）內(nèi)部組件連接示意圖。微創(chuàng)血管支架電極陣列被植入上矢狀竇內(nèi)，緊鄰中央前回。大腦中突出顯示的黃色區(qū)域表征了患者嘗試肢體運動時初級運動皮層的激活[21]。 圖9微創(chuàng)顱骨局部電改性方法。（a）顱骨重建后的生物電流圖b）微型鏡頭捕捉到的顱骨開孔；（c）修改前后所有六只大鼠的平均SSVEP寬帶信噪比[22] 圖10把AI引入BCI中，以提高BCI的智能，促進(jìn)BCI臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用 圖11參考TALC的BCI轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的過程[6] 20圖12以用戶為中心設(shè)計BCI系統(tǒng)的快速原型法[11] 22圖13面向醫(yī)療應(yīng)用的BCI可用性評估的一般流程。注：ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織；IEC62366:2015-1/2：國際電工委員會（IEC）發(fā)布的醫(yī)療設(shè)備可用性標(biāo)準(zhǔn)[33]...26圖14使?jié)撛诘腂CI終端用戶能夠獲得BCI控制的AT的流程[24] 27圖15醫(yī)學(xué)目標(biāo)、醫(yī)學(xué)倫理、醫(yī)學(xué)應(yīng)用（包括BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用）與特定的人類群體/個體關(guān)系示意圖[8][36] 28圖16中國腦計劃框架圖 69圖17Synchron腦機(jī)接口設(shè)備 75圖18基于動作觀察的腦-機(jī)接口技術(shù)（（a）在線系統(tǒng)示意圖；（b）運動區(qū)EEG的時頻圖；（c）ERD的增強(qiáng)幅度與注意力集中度提高程度的關(guān)系） 93圖19低延遲的異步腦-機(jī)接口（（a）實現(xiàn)原理；（b）檢測mVEP與SSMVEP下的TPR和FPRc）辨識時延） 94圖20動作觀察下不同年齡人群EEG瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)差異性（（a）瞬態(tài)響應(yīng)；（b）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)頻譜；（c）使用CCA、TRCA、eCCA下的辨識準(zhǔn)確率） 94圖21兩種動作觀察下的不同時長下的辨識準(zhǔn)確率 95圖22左：國內(nèi)首例RNS三期臨床實驗植入患者術(shù)后X線平片；中：該例患者RNS設(shè)備顱內(nèi)電極和刺激器與植入靶標(biāo)結(jié)構(gòu)關(guān)系的術(shù)后重建圖；右：基于AI算法智能識別顱內(nèi)發(fā)作期腦電并進(jìn)行閉環(huán)刺激，調(diào)控異常的癲癇網(wǎng)絡(luò)。 96圖23基于本團(tuán)隊自主研發(fā)的人工智能化算法識別真性HFO與生理性HFO 97圖24“神工·神機(jī)”人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人 98VII圖25“神工·靈犀指”腦-肌電控外肢體（手部）康復(fù)機(jī)器人 99圖26“神工·神甲”腦機(jī)接口神經(jīng)肌肉電刺激下肢外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 圖27在線時域空域腦功能定位-高性能腦電采集硬件 圖28在線時域空域腦功能定位系統(tǒng)-軟件原理示意 圖29腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)產(chǎn)品圖 圖30基于腦機(jī)交互的經(jīng)顱交流電刺激促進(jìn)視覺康復(fù)系統(tǒng)示例圖 圖311名原發(fā)性青光眼患者治療前后視野圖（左：治療前；右：治療后）......106圖32人工耳蝸植入后不同階段的生物標(biāo)記物變化過程 圖33聽覺感知能力客觀量化評估系統(tǒng) 圖34面子中文普通話的聽覺注意力解碼在準(zhǔn)確率和解碼時間窗方面處于國際領(lǐng)先水 圖35PTSD患者在執(zhí)行EEG-SMR-NFT的場景 圖36系統(tǒng)部分界面 圖37MetaBCI架構(gòu) 圖38腦眼協(xié)同解碼過程 圖39脊髓損傷患者進(jìn)行腦眼協(xié)同字符拼寫任務(wù)。（a）實驗場景；（b）SSVEP特征；（c）3名被試在線字符拼寫準(zhǔn)確率 表1腦機(jī)接口可用性所包含的評估指標(biāo) 23表2腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)目標(biāo)與臨床醫(yī)生的責(zé)任 29表3植入式與非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用倫理規(guī)范考量 29表4腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的主要企業(yè)和產(chǎn)品（排名不分先后） 6211腦機(jī)接口技術(shù)現(xiàn)狀1.1腦機(jī)接口技術(shù)簡介間建立直接交互的通信和控制通道[1]。隨著腦機(jī)接口、人工智能、生物醫(yī)學(xué)工程、神經(jīng)工程與康復(fù)工程、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與心理科學(xué)等的發(fā)展，BCI的內(nèi)涵和外延在不斷豐富。狹義的BCI是指利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的信號，在不依賴外周神經(jīng)或肌肉的條件下，把用戶的感知覺、表象、認(rèn)知和思維等直接轉(zhuǎn)化為動作，在大腦（含人與動物腦）與外部設(shè)備之間建立直接的交流和控制通道，其目的主要是為疾病患者、殘障人士和健康個體提供可選的與外部世界通信和控制的方式，以改善或進(jìn)一步提高他們的生活質(zhì)量[2][3][4]。這類腦機(jī)接口系統(tǒng)主要由大腦向外部設(shè)備輸出通信或控制指令（輸出式腦機(jī)接口），并把結(jié)果通過視聽覺等反饋形式提供給用戶形成閉環(huán)以調(diào)節(jié)其腦活動信號，從而提升腦機(jī)交互的性能[5]。圖1為狹義的除此而外，還有另一類腦機(jī)接口，主要由外部設(shè)備或機(jī)器繞過外周神經(jīng)或肌肉系統(tǒng)直接向大腦輸入電、磁、聲和光等刺激或神經(jīng)反饋（輸入式BCI），以調(diào)控中樞神經(jīng)活動，如深部腦刺激（deep2圖1狹義的BCI技術(shù)系統(tǒng)示意圖：從大腦向機(jī)器輸出為主的BCI。NF為神經(jīng)反饋[6]圖2以輸入為主的雙向閉環(huán)BCI系統(tǒng)示意圖[7]3包含上述狹義的輸出式BCI和輸入式BCI。實際上，輸出式BCI和輸入式BCI均可由神經(jīng)反饋構(gòu)成交互式的閉環(huán)系統(tǒng)（即交互式BCI），主要看是以輸出式為主還是以輸入式為主，取決于所設(shè)計BCI的主要功效。雙向閉環(huán)BCI（包括從大腦到外設(shè)以及從外設(shè)到大腦）屬于交互式BCI。圖3顯示了面向康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用的雙向閉環(huán)BCI。腦卒中患者可通過雙向閉環(huán)BCI進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，以促進(jìn)大腦圖3面向康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用的雙向閉環(huán)BCI[7][8]隨著腦機(jī)接口的深入發(fā)展，出現(xiàn)了腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)，特別是腦機(jī)接口的哥白尼革命：從環(huán)境控制到監(jiān)測大腦變化[7]，這為人腦狀態(tài)監(jiān)測（如癲癇發(fā)作監(jiān)測和疲勞監(jiān)測等）與調(diào)控康復(fù)等多種功效的腦4BCI系統(tǒng)中產(chǎn)生腦信號的大腦或中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS），是腦機(jī)接口系統(tǒng)必不可少的最復(fù)雜、最活躍、高度自適應(yīng)的子系統(tǒng)。因此，腦機(jī)接口系統(tǒng)是最典型的人在環(huán)路的系統(tǒng)（人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)），其設(shè)腦機(jī)接口的實驗范式設(shè)計與用戶的感知覺、表象、注意、認(rèn)知或思維等心理活動或任務(wù)（mentalactivities/tasks）的神經(jīng)機(jī)制緊密相關(guān)，其正是采集用戶的這些心理任務(wù)誘發(fā)的神經(jīng)活動進(jìn)行解碼。腦機(jī)接口的性能與用戶的心理活動緊密相關(guān)，如運動想象BCI系統(tǒng)腦信號采集是腦機(jī)接口系統(tǒng)的重要組成部分，是其實用化的瓶頸之一，采集到高質(zhì)量的腦信號至關(guān)重要。采集大腦活動的方法有多種，原則上均可為腦機(jī)接口系統(tǒng)提供輸入信號，這些方法中包括等。此外還有腦磁（magnetoencephalogram，MEG）、正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描（positronemissiontomography，PET）、功能性磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging，fMRI）和功能性5fMRI和fNIRS依賴于檢測腦代謝活動，雖然空間分辨率較高但分辨率較低，因此現(xiàn)階段這些方法均不太適合用于構(gòu)建快速的腦機(jī)為腦機(jī)接口的主要輸入信號。ECoG和Spikes為侵入式采集電信號但目前這類BCI仍面臨著幾個難題：有創(chuàng)帶來的安全性問題、難以獲得長期穩(wěn)定的記錄、需要相關(guān)醫(yī)護(hù)人員長時間連續(xù)地觀察。與ECoG和Spikes相比，EEG是從頭皮無創(chuàng)記錄的，具有安全、易于采集和價格低廉的特點。圖4為植入式采集Spikes和ECoG示意圖（ab）圖4植入式采集Spikes和ECoG示意圖。（a）皮質(zhì)內(nèi)采集Spikesb）硬膜上或硬膜下皮層表面采集ECoG[3][4]6腦信號中通常包含有多種噪聲，例如與要求的用戶心理活動無關(guān)的神經(jīng)信號、工頻干擾、眼電和肌電偽跡等，這在一定程度上降低了信號的質(zhì)量，為此需要對腦信號進(jìn)行預(yù)處理以剔除偽跡并提高信噪比。不同的腦信號有不同的預(yù)處理方法，主要有時域濾波和空域濾波，在一定程度上可以去除信號的噪聲，從而提高信噪比或改腦信號預(yù)處理后，通常根據(jù)特定的腦機(jī)接口范式所設(shè)計的心理活動任務(wù)相關(guān)的神經(jīng)信號規(guī)律來提取特征。為了更準(zhǔn)確的解碼用戶的心理意圖，需要提取心理活動任務(wù)之間可分性好的特征，可以采用時域、頻域、空域方法或相結(jié)合的方法提取特征。不同范式的BCI系統(tǒng)提取的特征和方法不一樣[13]，如P300-BCI主要提取新奇事件相關(guān)電位（event-relatedpotential，ERP）的幅度或潛伏期，運synchronization/desynchronization，ERS/ERD）的功率譜特征或運動），提取到可分性好的的腦信號特征之后，可以采用先進(jìn)的模式識別技術(shù)或機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練分類模型。值得注意的是，由于用戶之間的個體差異，實用的腦機(jī)接口往往需要針對特定的用戶定制特征7根據(jù)具體的通信或控制應(yīng)用要求，控制接口把上述解碼的用戶意圖所表征的邏輯控制信號轉(zhuǎn)換為語義控制信號，并由語義控制信與腦機(jī)接口通信或可控制的外部設(shè)備可以是多種多樣的，視具體的應(yīng)用而不同，可以是計算機(jī)系統(tǒng)（操作其字符輸入/光標(biāo)移動），神經(jīng)反饋是腦機(jī)接口的重要組成部分，是實現(xiàn)雙向腦機(jī)交互的關(guān)鍵技術(shù)?；跅l件反射和人腦可塑性機(jī)理，神經(jīng)反饋可以把用戶的腦活動特征、解碼結(jié)果以及與外設(shè)通信或控制的結(jié)果以視覺、聽覺或觸覺等方式可視化地反饋給用戶，以調(diào)整用戶的心理活動，從神經(jīng)反饋在兩個自適應(yīng)控制器（用戶和BCI自適應(yīng)算法）的有效交互間起到關(guān)鍵作用[6]。運動想象BCI系統(tǒng)中，神經(jīng)反饋還可以用于隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，其分類方法也在變化，不同的研究組或不同的研究人員以及不同的分類依據(jù)會得到不同的分類結(jié)果，目前尚未有完全統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果。一種分類方法可以根據(jù)腦信號采集的方式，可分為植入式和非植入式BCI，也可以根據(jù)BCI范式/感覺刺激/采用的信號進(jìn)行分類，可分為單一范式/單一感覺刺8圖5BCI分類示意圖91.2腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)展腦機(jī)接口研究發(fā)起的初衷是幫助癱瘓和殘疾者重獲與外界交流的能力。目前，絕大多數(shù)BCI創(chuàng)業(yè)公司也將醫(yī)療健康領(lǐng)域作為切入點?？梢哉f，醫(yī)療健康領(lǐng)域是腦機(jī)接口的最主要的應(yīng)用陣地之一。如何獲取腦信號對于BCI而言至關(guān)重要。腦信號采集技術(shù)關(guān)乎所獲取信號的質(zhì)量和最終的BCI控制效果。作為BCI的關(guān)鍵采集器件，電極決定著所采集腦信號的空間分辨率和質(zhì)量，是保障BCI性能的前提。隨著微納加工技術(shù)和電極材料不斷發(fā)展，用于植入式BCI的電極趨向于柔性、小型化、高通量和集成化發(fā)展。在非植入式BCI中，基于腦電的BCI因無創(chuàng)、系統(tǒng)廉等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)下基于水凝膠的腦電電極的研發(fā)較為活躍，耳內(nèi)腦電電極也取得積極進(jìn)展。與此同時，微創(chuàng)血管支架電極采集技術(shù)、微創(chuàng)顱骨局部電改性方法等方案相繼被提出，創(chuàng)新腦非植入式BCI臨床轉(zhuǎn)化面臨的挑戰(zhàn)之一是如何長期獲取高質(zhì)量腦電（EEG），新型水凝膠電極的研發(fā)有望解決該挑戰(zhàn)。已有研究表明，干電極無法檢測到ERP，而水凝膠電極與濕電極檢測的ERP波形和功率譜相似，而干電極無法檢測到ERP，可以連續(xù)獲取高達(dá)12小時的EEG，降低對運動偽跡的敏感性[17]。水凝膠電極的皮膚接觸阻抗測量值與濕電極（導(dǎo)電膏）相媲美，低于干電極。此外，水凝膠電極具有優(yōu)異的生物相容性，易于使用，并可回收再利用，能夠測量ECoG無法達(dá)到的腦結(jié)構(gòu)，并可提供寬頻帶的神經(jīng)活動采樣。sEEG為解碼與記憶相關(guān)的過程和邊緣葉活動提供了不可媲美的機(jī)會，可以用來補(bǔ)充或進(jìn)一步增強(qiáng)對其他認(rèn)知過程的解碼，在BCI圖6（a）8個sEEG電極軸/桿（shaft）的軌道規(guī)劃。（b）計算機(jī)斷層掃描顯示植入電極軸/桿位置。（c）植入的電極軸/桿。與ECoG植入物所需的相對較大的開顱手術(shù)相比，sEEG只需要較小的局部鉆孔[18]。常規(guī)的非侵入BCI使用基于頭皮電極的采集方式，往往存在佩針對常規(guī)腦電采集技術(shù)的局限性，清華大學(xué)王宙恒等人提出了一種在無毛發(fā)的耳道區(qū)域采集腦電的裝置，命名為SpiralE。這種器件可以在電熱驅(qū)動下，自適應(yīng)地沿著耳道擴(kuò)張。這種形態(tài)可重構(gòu)，剛度可調(diào)節(jié)的的方案很好地解決了耳道內(nèi)信號采集所面臨的結(jié)構(gòu)蜿蜒曲折，因人而異的難點。基于SpiralE，研究團(tuán)隊搭建了解碼視覺和聽覺響應(yīng)的BCI系統(tǒng)。在視覺BCI中，實現(xiàn)了四十目標(biāo)SSVEP系統(tǒng)且獲得36bits/min的信息傳輸速率。在聽覺BCI中，實現(xiàn)了聽覺注意力解碼最高84%的分類正確率[19]。綜合而言，該研究充分說明了在耳道內(nèi)實現(xiàn)可穿戴、隱蔽通訊的能力。圖7為入耳式電子器件圖7入耳式電子器件設(shè)計。（a）SpiralE耳內(nèi)腦電記錄示意圖。（b）SpiralE順應(yīng)適形耳道內(nèi)壁的照片。右上角的插圖是一張由醫(yī)用內(nèi)窺鏡拍攝的照片。右下插圖顯示了從耳內(nèi)取下SpiralE后其不規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)。（c）所設(shè)計的SpiralE功能層的分解示意圖。右側(cè)插圖分別是腦電檢測層和電熱致動層的照片。（d）暫時固定形狀的SpiralE（左側(cè)），并恢復(fù)為半徑較大的永久形狀（右側(cè)）[19]。針對傳統(tǒng)電極陣列需要通過開顱手術(shù)直接植入腦內(nèi)，可能導(dǎo)致組織炎癥反應(yīng)的問題，非常有必要研發(fā)微創(chuàng)方法來避免對腦部的損從靜脈內(nèi)長期記錄腦活動的可行性，通過導(dǎo)管血管造影術(shù)植入運動皮層上的淺皮層靜脈，并在自由運動的羊身上展示了長達(dá)190天的神經(jīng)記錄[20]。血管皮層腦電的頻譜信息和帶寬與硬膜外表面陣列的記錄相當(dāng)，在整個植入期間，靜脈內(nèi)腔通暢。ThomasJOxley等人首次在兩名患有上肢癱瘓無力的受試者中采用血管支架電極陣列采集來自運動皮質(zhì)的皮質(zhì)電信號，實現(xiàn)了微創(chuàng)、完全植入、無線、運動神經(jīng)假肢的人體試驗，可用于數(shù)字設(shè)備的多命令控制，成功完成了包括短信、在線購物和獨立管理財務(wù)等日常生活任務(wù)[21]。圖8圖8微創(chuàng)血管支架電極陣列及內(nèi)部組件連接示意圖。（a）微創(chuàng)血管支架電極陣列；（b）內(nèi)部組件連接示意圖。微創(chuàng)血管支架電極陣列被植入上矢狀竇內(nèi)，緊鄰中央前回。大腦中突出顯示的黃色區(qū)域表征了患者嘗試肢體運動時初級運動皮層的激活[21]。頭皮腦電源自大量神經(jīng)元放電時的突觸后電位，然后經(jīng)過腦脊液、硬腦膜、顱骨和頭皮等多層組織的衰減，最終被頭皮上電極所采集。大腦結(jié)構(gòu)會對腦電信號產(chǎn)生顯著的“容積導(dǎo)體”效應(yīng)，導(dǎo)致頭皮腦電的信噪比、有效頻帶帶寬和空間分辨率明顯低于顱內(nèi)腦電，極大地增加了后續(xù)信號檢測和解碼的難度。而皮層腦電等傳統(tǒng)侵入式解決方案又因為植入電極帶來的手術(shù)和健康風(fēng)險而難以推廣。因此，在高質(zhì)量腦電信號獲取和采集風(fēng)險之間尋求平衡是實現(xiàn)BCI性能進(jìn)一步突破的關(guān)鍵。清華大學(xué)及合作研究團(tuán)隊提出了一種微創(chuàng)顱），用壓電手術(shù)鉆產(chǎn)生的高頻機(jī)械共振，短時間內(nèi)在皮下直接擊穿顱骨（ab）圖9微創(chuàng)顱骨局部電改性方法。（a）顱骨重建后的生物電流圖b）微型鏡頭捕捉到的顱骨開孔c）修改前后所有六只大鼠的平均SSVEP寬帶信噪比[22]頭皮腦電信號質(zhì)量。該研究利用6只八月齡大鼠進(jìn)行了活體驗證實驗，在大鼠的視覺區(qū)上方顱骨處打出一個直徑約500微米的孔洞，鼠顱骨改造處阻抗下降了約84%，大鼠靜息態(tài)腦電的平均最大帶寬相比于皮層腦電等侵入式方案，其手術(shù)時間短，手術(shù)風(fēng)險小，且不性較大，轉(zhuǎn)化面臨極大的挑戰(zhàn)，需要變革或突破傳統(tǒng)經(jīng)典的BCI范式（如SSVEP-BCI、P300-BCI、MI-BCI等增加新的更自然更有效交互的BCI范式。最近幾年，BCI范式的創(chuàng)新取得了許多重要從通信角度看，BCI范式相當(dāng)于一種編碼協(xié)議，即通過特定的心理任務(wù)將大腦意圖編碼到神經(jīng)活動產(chǎn)生的信號中。已證明了經(jīng)典的腦機(jī)接口范式可實現(xiàn)大腦和機(jī)器之間直接通信。為了提高經(jīng)典BCI的整體性能，多個BCI范式相繼被提出，如混合BCI（hybridBCI）、自適應(yīng)BCI（co-adaptiveBCI）等。近年來，提出了統(tǒng)一的（cognitiveBCI）和增強(qiáng)BCI（augmentedBCI）等新范式已經(jīng)被開發(fā)出來，用于研究人們的認(rèn)知狀態(tài)，甚至實現(xiàn)協(xié)作智能以提高人類表現(xiàn)。其他范式如情緒BCI，通過了解情緒狀態(tài)對大腦活動的影響言語是人類主要的交流方式，言語BCI范式是一種比較自然的BCI范式。言語BCI有望為患有癱瘓的人恢復(fù)語言交流，但自然的語速和表達(dá)能力往往難以實現(xiàn)。SeanL.Metzger等人利用對一名患實現(xiàn)了跨三種互補(bǔ)的與言語相關(guān)的輸出模式的高性能實時解碼：文本、言語音頻和面部虛擬化動畫。該研究采用參與者嘗試默讀句子時收集的神經(jīng)數(shù)據(jù)來訓(xùn)練和評估深度學(xué)習(xí)模型。對于文本，展示了并將其個性化到參與者受傷前的聲音。對于面部虛擬化動畫，展示了對言語和非言語交流手勢的虛擬口面部動作的控制。該研究提供了一種多模式言語神經(jīng)假肢方法，有望為嚴(yán)重癱瘓的人恢復(fù)全面、言語BCI具有將通過解碼由試圖言語引發(fā)的神經(jīng)活動成為文本或聲音的潛力，從而為癱瘓患者恢復(fù)快速的交流。早期的演示雖然令人鼓舞，但尚未達(dá)到足夠高的準(zhǔn)確性，以便從大詞匯表中傳達(dá)自由句子的交流。FrancisR.Willett等人提出了一種語音轉(zhuǎn)文本BCI，記錄了來自皮質(zhì)內(nèi)微電極陣列的尖峰活動，在這些高分辨率記錄的支持下，研究參與者（由于肌萎縮側(cè)索硬化癥不能再說話）在50個詞匯的情況下實現(xiàn)了9.1%的詞匯錯誤率（比以前的最先進(jìn)的語音BCI2少了2.7倍的錯誤并且在125,000個詞匯的情況下實現(xiàn)了23.8%的詞匯錯誤率（這是首次成功演示大詞匯解碼）。參與者試圖言語的解碼速度達(dá)到每分鐘62個詞，比以前的記錄快3.4倍，并且開始接近自然會話的速度（每分鐘160個詞）。最后，強(qiáng)調(diào)了言語的神經(jīng)編碼的兩個方面，這對于言語BCI是令人鼓舞的：對言語發(fā)音構(gòu)音器的空間混合調(diào)諧使得僅從皮層的一小部分就能實現(xiàn)準(zhǔn)確的解碼，以及對語音音素的詳細(xì)構(gòu)音的皮層表征，在癱瘓多年后仍然存在。這些結(jié)果為恢復(fù)那些不能再說話的癱瘓患者的快速交流打開英文單詞的基本單元為音素，直接解碼音素以構(gòu)成單詞，相較世界人口80億，存在7000種語言；11.2億人使用中文。中文作為包含聲調(diào)的語言相較于英文單詞對音素音節(jié)的言語BCI解碼提出更復(fù)雜的要求。2023年，我國復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科的吳勁松/路俊鋒教授團(tuán)隊，聯(lián)合上海科技大學(xué)李遠(yuǎn)寧教授團(tuán)隊、天津大學(xué)明東/許敏鵬教授團(tuán)隊通過高密度ECoG進(jìn)行神經(jīng)解碼探索聲調(diào)語言語音合成的可能性，該研究要求五位以普通話為母語的言語構(gòu)音保留的參與者說出八個指定的聲調(diào)音節(jié)，設(shè)計模塊化的多流神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來解碼和合成ECoG記錄中的語音信息，分別解碼音調(diào)信息與音節(jié)信息，組合生成漢語語音。該模型對單個被試的聲調(diào)-音節(jié)的平均分類準(zhǔn)確率達(dá)75.6%，最高準(zhǔn)確率可達(dá)91.4%。該研究是漢語聲調(diào)語言進(jìn)行語音合成在世界范圍內(nèi)的首次探索，為未來以漢語和其他聲調(diào)語言為母語存在構(gòu)音障礙或失語癥患者恢復(fù)言語能力提供了到目前為止，BCI研究的一個主要重點是恢復(fù)肢體粗大的運動技能，例如伸手和抓握-或用計算機(jī)光標(biāo)點擊打字。然而，快速的發(fā)生次序且高度靈巧的行為，如手部書寫或觸摸打字，可能會加快通信速度。FrancisR.Willett等人研發(fā)了一種皮層內(nèi)BCI，通過運動皮層手結(jié)區(qū)的神經(jīng)活動解碼嘗試的手寫動作，并采用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼方法將其（運動皮層的神經(jīng)活動）實時翻譯成文本[4]。研究參與者（其手因脊髓損傷而癱瘓）的書寫速度達(dá)到了每分鐘90個字符，在線原始準(zhǔn)確率為94.1%，通用自動校正的離線精度超過99%，文字輸出速度超過了任何其他BCI報告的速度，與參與者年齡組匹配的經(jīng)典的智能手機(jī)打字速度（每分鐘115個字符）相當(dāng)。該研究的結(jié)果為BCI提供了一種新的方法，并證明了在癱瘓多年后利用運動1.2.3腦機(jī)接口技術(shù)與先進(jìn)的AI技術(shù)相結(jié)合提升腦算法是腦機(jī)接口系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，主要是對腦信號進(jìn)行分析與處理，以又準(zhǔn)又快地解讀用戶意圖。高效的腦信號解碼算法能夠顯著提高解碼精度，進(jìn)而提高BCI的性能。目前，經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)方法仍展現(xiàn)出較大優(yōu)勢，但同時深度學(xué)習(xí)方法正愈發(fā)頻繁地應(yīng)用FrancisR.Willett等人（2021）、SeanL.Metzger等人（2023）圖10把AI引入BCI中，以提高BCI的智能，促進(jìn)BCI臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用1.3以用戶為中心的腦機(jī)接口設(shè)計和評價方法神經(jīng)或神經(jīng)退行性疾病患者是BCI的潛在最終用戶，BCI可用于替換或改善該類患者喪失的功能。BCI技術(shù)的目標(biāo)是面向家庭最終用戶，特別是那些患有腦疾病的人（如腦卒中、ALS、外傷性腦損傷、脊髓損傷、閉鎖或完全閉鎖綜合征患者、帕金森病患者、老年癡呆、精神疾病（如抑郁癥和精神分裂癥等）等），但面臨轉(zhuǎn)化目前，腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)仍面臨著轉(zhuǎn)化的差距/鴻溝：如何將BCI從實驗室?guī)У浆F(xiàn)場的知識還不足，BCI控制的應(yīng)用缺乏可用性和可達(dá)性[24]。在BCI技術(shù)研發(fā)中需要解決可用性和可達(dá)性問題，以彌合轉(zhuǎn)化鴻溝。圖11為參考技術(shù)采用生命周期（technology圖11參考TALC的BCI轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的過程[6]technologies，AT）相比的效率（是否具有不可替代性，需要的設(shè)置時間和認(rèn)知資源）、對個人和財務(wù)資源高要求、脆弱的最終用戶群（如晚期ALS患者等）、采集腦信號的傳感器、臨床應(yīng)用的不同場景（如腦卒中后康復(fù)、患有嚴(yán)重交流障礙的最終用戶的交流等）、在最終用戶家中實施（供獨立使用）以及將BCI帶給家庭最終用戶對患有疾病的潛在終端用戶、AT專業(yè)人士和AT分銷商對BCI技術(shù)的期望進(jìn)行的調(diào)研表明，現(xiàn)有市售的BCI并未滿足最終用戶的人員必須傾聽臨床用戶的需求和意見，將以用戶為中心的設(shè)計選擇更可能受益于BCI的最終用戶顯得尤為重要[26]。已明確將潛在需要BCI的患者作為該技術(shù)的最終用戶（BCI一級用戶）[27]。為了提高BCI技術(shù)在臨床上的可用性，BCI研發(fā)中應(yīng)采用以用戶為中與最終用戶互動的人員，專業(yè)用戶如AT專業(yè)人士、研究人員和制造商、治療師、醫(yī)生）和三級用戶（其他參與方或權(quán)益相關(guān)者，如保險、公共衛(wèi)生系統(tǒng)、中小企業(yè)）的需求[24]，確保臨床最終用戶BCI以用戶為中心設(shè)計（UCD）包括1）規(guī)劃以用戶為中心的過程。定義輸入信號、應(yīng)用程序和家庭使用要求，確保最終用戶的可用性、其他重要人員支持和技術(shù)支持。（2）理解并指定使用場對于用戶，診斷、能力、需要和愿望；對于環(huán)境，約束、服務(wù)、維護(hù)和遠(yuǎn)程支持。（4）產(chǎn)品設(shè)計解決方案。如替代功能：交流、交互和娛樂；改善功能：康復(fù)（運動和認(rèn)知障礙）、心理治療（增強(qiáng)）。（5）根據(jù)用戶需求評估設(shè)計。評估有效性、效率、滿意度和實際使符合需求。進(jìn)行實際使用。（2）到（5）是一個迭代的過程，直到符合需求[24]。為實施以用戶為中心的BCI設(shè)計方法，快速研發(fā)滿足終端用戶的BCI系統(tǒng)，可把軟件工程中的快速原型法（rapid圖12以用戶為中心設(shè)計BCI系統(tǒng)的快速原型法[11]當(dāng)腦機(jī)接口系統(tǒng)用于醫(yī)療時，必須符合規(guī)定的要求，涵蓋設(shè)計過程、風(fēng)險管理和可用性評估，以便進(jìn)行驗證和商業(yè)化。然而，多數(shù)BCI設(shè)計沒有考慮這些要求，導(dǎo)致無法將功能原型轉(zhuǎn)化為臨床評估的商業(yè)醫(yī)療設(shè)備。以用戶為中心設(shè)計BCI的方法將BCI可用性定義為該技術(shù)的特定最終用戶能夠在特定環(huán)境下使用特定BCI產(chǎn)品實現(xiàn)特定目標(biāo)的程度[28]。BCI技術(shù)的可用性阻礙了其臨床轉(zhuǎn)表1腦機(jī)接口可用性所包含的評估指標(biāo)NASA-TLX注：NASA-TLX=NASA任務(wù)負(fù)荷指數(shù)；QUEST=魁北克用戶對輔助技術(shù)的滿意度評估；ATD-PA=輔助技術(shù)設(shè)備傾向性評估；VAS=視覺模擬量表BCI可用性指標(biāo)包括有效性、效率和滿意度等三個方面。BCI有效性反映了患者能夠完成手頭任務(wù)的準(zhǔn)確性和完整性。BCI效率由信息傳輸率（informationtransferrate，ITR）、效用度量和腦力負(fù)荷來衡量，研究者把ITR作為BCI效率的一種客觀衡量指標(biāo)，其將準(zhǔn)確率、選擇選項的速度和選項的數(shù)量合并為一個值，效用度量是指如果準(zhǔn)確率低于50%，則將ITR設(shè)置為零[29]，把NASA-TLX衡量的腦力負(fù)荷[30]作為效率的一種主觀衡量指標(biāo)。BCI系統(tǒng)的滿意度是患者或用戶對BCI體驗的評價方法?？蓱?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化QUEST2.0評估BCI系統(tǒng)的滿意度[28]，其中包括4個特定于BCI的項目：可靠性、速度、可學(xué)習(xí)性和美學(xué)設(shè)計。視覺模擬量表（VAS）可作為BCI技術(shù)和用戶之間的匹配作為BCI可用性的一個指標(biāo)，可以通過輔助技術(shù)設(shè)備傾向來評估[31]或采用系統(tǒng)可用性量表[32]進(jìn)行評考慮到醫(yī)療設(shè)備所必需的風(fēng)險管理過程，BCI的可用性是確保安全和性能的關(guān)鍵。為評估BCI可用性所包含的指標(biāo)，以用戶為中上述以用戶為中心設(shè)計BCI并評估其可用性，要求遵循BCI金標(biāo)準(zhǔn)：在線BCI系統(tǒng)性能和用戶滿意度評價[34]。除此而外，必須有效的BCI技術(shù)或其控制的AT對潛在的終端用戶（包括患者和醫(yī)盡管BCI研發(fā)取得了極大進(jìn)展，但仍存在不易獲取、不使用或不易使用的問題。應(yīng)避免BCI技術(shù)僅掌握在研究組和公司手中，需要有明確的路線圖將其帶到最終用戶家中，使大多數(shù)可能受益于BCI以替代或改善失去功能的人群獲得有用的BCI。如果忽視BCI圖13面向醫(yī)療應(yīng)用的BCI可用性評估的一般流程。注：ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織；IEC62366:2015-1/2：國際電工委員會（IEC）發(fā)布的醫(yī)療設(shè)備可用性標(biāo)準(zhǔn)[33]不使用BCI有三類原因：環(huán)境、人員和技術(shù)。環(huán)境因素主要是缺乏以用戶為中心的技術(shù)選擇過程和需要的支持無法提供等；個人因素主要是不切實際的利益期望和缺乏對使用設(shè)備的技能培訓(xùn)等；技術(shù)因素主要是與其他設(shè)備的使用不兼容、使用BCI的難度和復(fù)雜性、BCI效率低下（還有其他比BCI更快和更可靠的A為了提高BCI技術(shù)的可達(dá)性，以用戶友好、易于獲取的方式提能性。在選擇BCI最終用戶（一級用戶）時，應(yīng)就使用BCI的可能性、限制和局限性進(jìn)行充分的溝通，并把其納入研發(fā)過程中。BCI轉(zhuǎn)化研究還須將二級和三級最終用戶納入設(shè)計過程，以減少并克服聯(lián)系，并被邀請面談，以確定需求和愿望。AT專業(yè)人員根據(jù)這些信調(diào)整以及個性化。終端用戶會將設(shè)備帶回家，并獲得AT專業(yè)人員從最初在家中建立BCI系統(tǒng)到長期維護(hù)的支持，以及在必要時進(jìn)行圖14使?jié)撛诘腂CI終端用戶能夠獲得BCI控制的AT的流程[24]除此而外，只有在醫(yī)療保險覆蓋BCI且技術(shù)和服務(wù)得到社會支持的情況下，才能更好的實現(xiàn)可達(dá)性?？陀^或現(xiàn)實地傳達(dá)BCI技術(shù)的機(jī)遇和局限性，避免終端用戶或社會公眾對BCI技術(shù)抱有不切實際的期望，這是BCI研發(fā)人員和媒體的重要職責(zé)。不幸的是，BCI2腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范腦機(jī)接口技術(shù)將給醫(yī)學(xué)實踐帶來深刻的變革，隨著其在醫(yī)學(xué)臨床的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，引發(fā)了腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)應(yīng)用倫理問題。為了促進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用，使患者受益，非常有必要解決醫(yī)學(xué)目標(biāo)是考量BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用倫理規(guī)范的現(xiàn)有框架，要求BCI的研發(fā)及應(yīng)用不違背醫(yī)學(xué)目標(biāo)，與醫(yī)學(xué)目標(biāo)不一致的BCI活動或行為可能被認(rèn)為在倫理上是可疑的，或者最好不要把其視為醫(yī)學(xué)的一部分[7]。醫(yī)學(xué)目標(biāo)、醫(yī)學(xué)倫理、醫(yī)學(xué)應(yīng)用（包括BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用）與圖15醫(yī)學(xué)目標(biāo)、醫(yī)學(xué)倫理、醫(yī)學(xué)應(yīng)用（包括BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用）與特定的人類群體/個體關(guān)系示意圖[8][36]腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)目標(biāo)與臨床醫(yī)生的責(zé)任如表2所示[37]表2腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)目標(biāo)與臨床醫(yī)生的責(zé)任臨床醫(yī)生的責(zé)任確保患者從植入式BCI獲益遵循利大于弊的原則，盡量減少或避免植入裝置對大腦損傷的安全性風(fēng)險，負(fù)責(zé)任地使用植入式BCI適應(yīng)患者個體之間的神經(jīng)多樣性和個體內(nèi)部的神經(jīng)變異性利用對人類在神經(jīng)水平和社會功能水平上的差異的理解來定制BCI療法（個性化BCI療法/精準(zhǔn)BCI治療）保護(hù)患者的神經(jīng)隱私區(qū)幫助患者建立和管理與BCI設(shè)備收集和控制的信息相關(guān)的神經(jīng)隱私區(qū)域協(xié)助患者做出真實的生活選擇與患者一起探討選擇獲得和/或使用BCI設(shè)備將如何影響現(xiàn)在和將來的身份感幫助患者行使和分享代理權(quán)幫助患者管理代理權(quán)的不確定性(以及相關(guān)的責(zé)任)，并在適當(dāng)?shù)那闆r下與他人分享代理權(quán)(例如與護(hù)理人員)從有無植入電極的角度，BCI技術(shù)有植入式（有創(chuàng)）和非植入式（無創(chuàng)）兩大類，這兩類均具有潛在的醫(yī)學(xué)應(yīng)用[7]。然而，就目前技術(shù)水平而言，植入式BCI可能比非植入式BCI的醫(yī)學(xué)應(yīng)用給患更有利于這兩類BCI的發(fā)展及臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用，有必要區(qū)別對待這兩醫(yī)學(xué)應(yīng)用倫理規(guī)范考量[8][36]，相關(guān)倫理規(guī)范考量具體表3植入式與非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用倫理規(guī)范考量植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用（1）確保患者參與植入式BCI研究或使用的知情同意權(quán)（2）降低植入式BCI電極對腦組織損傷的風(fēng)險（3）向患者提供定制式的個性化/精準(zhǔn)植入式BCI治療（4）降低植入式BCI影響患者身份感/認(rèn)同感的風(fēng)險（5）幫助使用植入式BCI的患者行使和分享代理權(quán)（6）保護(hù)使用植入式BCI的患者的神經(jīng)隱私（7）確保多學(xué)科協(xié)作的植入式BCI臨床應(yīng)用（8）遵循利大于弊的原則和負(fù)責(zé)任地使用植入式BCI（9）確?；颊攉@取和繼續(xù)使用植入式BCI（10）規(guī)范植入式BCI研究報告和科普（11）需要對特定疾病、疾病特定階段或特定患者的特定倫理考量非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)可以借鑒植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一些倫理規(guī)范，如確保患者知情同意權(quán)、提供定制式的個性化BCI治療、降低身份感的風(fēng)險、幫助患者行使和分享代理權(quán)、保護(hù)神經(jīng)隱私、確保多學(xué)科協(xié)作、負(fù)責(zé)任地使用BCI、確保獲取和使用BCI的公平機(jī)會。2.1植入式腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范考量植入式BCI有望改善/替代神經(jīng)疾病患者的功能障礙，完全植入式BCI系統(tǒng)有望在未來十年內(nèi)進(jìn)入臨床[39]。由于植入式BCI通常需要手術(shù)在顱內(nèi)放置電極采集神經(jīng)信號，如通過硬膜外或硬膜下ECoG記錄局部場電位、通過皮層內(nèi)植入電極記錄單個神經(jīng)元活動（尖峰發(fā)放）、從大腦深層結(jié)構(gòu)（深部電極）測量神經(jīng)活動（立體定向腦電圖）和通過大腦脈管系統(tǒng)在靠近皮層區(qū)域微創(chuàng)放置電極因此，植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛在收益與對腦組織損傷的安全風(fēng)險的權(quán)衡尤為重要，要求收益大于風(fēng)險，且盡可能降低風(fēng)險，甚至無風(fēng)險，該類BCI技術(shù)未來需要有變革性的突破以大幅降低植入患者的知情同意權(quán)指的是患者在參與植入式BCI研究或使用該技術(shù)前，研究者和臨床醫(yī)生有責(zé)任讓患者獲得有關(guān)植入式BCI的充分信息，了解該技術(shù)的安全風(fēng)險、獲益和替代方案，并由具有明確決策能力的患者做出是否參與研究或使用的決定[40][41]。對于能正常交流的成年患者來說，其能夠行使自己的知情同意權(quán)，但對于不能正常或喪失交流能力的患者來說，其難以行使知情同意權(quán)，如晚期ALS等閉鎖綜合征患者存在嚴(yán)重的交流障礙，對于這類患者，行此外，兒科兒童患者在參與植入式BCI研究或使用前，在沒有征得此類患者明確同意的情況下獲得父母的替代同意（obtainingexclusiveparentalsubstituteconsent）不應(yīng)被視為足以進(jìn)行此類干預(yù)[39]，除了此類患者的知情同意外，其監(jiān)護(hù)人的知情同意也應(yīng)納入植入式BCI的植入需要在高度專業(yè)化的神經(jīng)外科進(jìn)行，其使用可能會對患者的大腦產(chǎn)生某些不可逆的影響[36][44]。手術(shù)在皮質(zhì)內(nèi)盡管使用皮質(zhì)內(nèi)電極記錄信號的BCI在通信速度和準(zhǔn)確性方面取得的結(jié)果非常顯著，但需要考量決定該類BCI在目標(biāo)人群中可用性的其他因素[28]。第一個重要因素是需要解決皮層內(nèi)電極記錄的神經(jīng)信號的可靠性。就目前技術(shù)水平而言，皮層內(nèi)電極記錄的神經(jīng)信號相對不穩(wěn)定，在數(shù)小時、數(shù)天和數(shù)周內(nèi)顯示出可變性[45][46][47][48][49]，這種可變性降低了解碼精度，并且需要頻繁校準(zhǔn)。第二個因素是皮質(zhì)內(nèi)電極采集到的可用信號的持續(xù)時間。現(xiàn)有證據(jù)表明，植入電極與腦組織或皮層有不良的相互作用，其生物相容性隨時間變差，這會導(dǎo)致采集的信號質(zhì)量隨時間的推移而下降[50]，最終導(dǎo)致這種植入式BCI失效，如果要再次使用，可能需要二次手術(shù)。第三，盡管對皮質(zhì)內(nèi)BCI用于嚴(yán)重運動障礙患者（包括幾名ALS患者）通信的研究表明了該方法的可行性，但目標(biāo)人群在日常生活中獨立使用皮質(zhì)內(nèi)BCI完成通信以及與之相關(guān)的用戶滿意在臨床上，ECoG已用于癲癇患者術(shù)前評估，以識別癲癇病灶和腦的重要功能定位。與皮質(zhì)內(nèi)電極記錄的神經(jīng)信號相比，ECoG電極記錄的神經(jīng)信號相對穩(wěn)定可靠，不需要頻繁校準(zhǔn)，其采集的可用信號持續(xù)時間長。有研究表明，ECoG-BCI控制信號在植入多年后仍然保持穩(wěn)定[51]，截止到2022年，患者仍然在日常生活中使用該系統(tǒng)且對系統(tǒng)的滿意度很高[42][51]?？傮w而言，ECoG電極記錄方法通常比皮質(zhì)內(nèi)電極記錄方法安全風(fēng)險小，可作為后者的替代方植入式BCI的一個醫(yī)學(xué)目標(biāo)是調(diào)節(jié)并適應(yīng)患者個體之間在神經(jīng)水平和社會功能水平上存在的差異性或多樣性，臨床醫(yī)生有責(zé)任根據(jù)這些差異為特定用戶定制個體化的BCI治療方案[37][52]，對患者身份感指人對自己身份的認(rèn)同程度，選擇獲得并使用植入式BCI設(shè)備可能會影響現(xiàn)在和將來的身份感[38]。人們擔(dān)心使用植入式BCI設(shè)備是否會使自己變?yōu)椤半娮尤藸顟B(tài)”（電子人狀態(tài)指人體的器融為一體，使得人機(jī)界限模糊，導(dǎo)致自我認(rèn)同感降低）[38][54]。BCI醫(yī)學(xué)的一個目標(biāo)是協(xié)助患者做出真實的生活選擇，臨床醫(yī)生有責(zé)任與患者一起探討選擇獲得和/或使用植入式BCI設(shè)備將如何影響患者身份感/認(rèn)同感的降低可能會改變BCI用戶的個性/人格。作為BCI用戶的人，其本應(yīng)具有獨特的個性、良好的自我意識和心理狀態(tài)，而不是與機(jī)器高度融為一體，被改變或喪失某些個性。盡），BCI技術(shù)引起的代理問題是指使用BCI的患者對BCI技術(shù)的控制權(quán)問題，即患者是否對BCI的控制存在自主意識，是否是患者發(fā)出的指令去控制BCI完成某個任務(wù)?；颊哂锌赡軐CI的控制行為產(chǎn)生質(zhì)疑，懷疑是否是自己控制BCI，因此臨床醫(yī)生有責(zé)任幫助患者管理代理權(quán)的不確定性，承擔(dān)相關(guān)責(zé)任，并在適當(dāng)?shù)那闆r下與他中樞神經(jīng)隱私是指個體的中樞神經(jīng)結(jié)構(gòu)和神經(jīng)功能活動信息。醫(yī)療狀況細(xì)節(jié)等隱私信息。使用植入式BCI涉及的數(shù)據(jù)安全或神經(jīng)隱私是研究參與者和使用者關(guān)注的一個重要問題[55]。患者的許多隱私數(shù)據(jù)會被利用以獲取利益，因此確保神經(jīng)數(shù)據(jù)不被嚴(yán)格用于治療之外的公司利用，這是很重要的[45]。目前，無線皮質(zhì)內(nèi)BCI記錄的信號通常由穿過頭骨和頭皮的物理導(dǎo)線和連接器傳輸?shù)酵獠坑嬎銠C(jī)，將數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)或云端為個人或組織跟蹤甚至操縱個人臨床醫(yī)生有責(zé)任幫助患者建立和管理與BCI設(shè)備收集和控制的信息相關(guān)的神經(jīng)隱私[37]，并應(yīng)制定嚴(yán)格的法律法規(guī)減輕對患者神以防止第三方的入侵[58]，該方法可消除大部分的安全風(fēng)險[42]；另外一種方案是可結(jié)合“（電路）板上”計算，以減少與外部計算機(jī)持為了降低植入式BCI臨床應(yīng)用的風(fēng)險，需要多學(xué)科的協(xié)作。植入式BCI對患者的價值取決于其愿望和需求、疾病階段、殘留的能力、生活環(huán)境、支持系統(tǒng)和其他因素[40]?？紤]到這些因素，采用植入式BCI的決定具有復(fù)雜性和重要性，該決定應(yīng)包括一個多學(xué)科團(tuán)隊，除康復(fù)專家或言語治療師外，還包括神經(jīng)外科醫(yī)生、神經(jīng)科醫(yī)生、理療師、神經(jīng)學(xué)家、麻醉師、心理學(xué)家、社會工作者、倫理學(xué)家、主治醫(yī)師和神經(jīng)工程師等，由這樣的跨學(xué)科團(tuán)隊進(jìn)行術(shù)前評估和長期隨訪[39][40][59]。標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化這一多學(xué)科協(xié)作過程最終可能需要在康復(fù)、替代和增強(qiáng)交流技術(shù)、以及言語治療領(lǐng)域建立專在患者中負(fù)責(zé)任地使用植入式BCI的一個關(guān)鍵方面是潛在收益與風(fēng)險和負(fù)擔(dān)之間取得有利的權(quán)衡，遵循潛在收益大于風(fēng)險和負(fù)擔(dān)的原則[40]。進(jìn)一步和更廣泛地引入植入式BCI時，除了評估醫(yī)療器械監(jiān)管審批通常涉及的方面（包括療效和安全性）之外，還應(yīng)仔細(xì)評估重要的其他方面，包括準(zhǔn)確性、可靠性、有用性、可用性和a）為了實現(xiàn)植入式BCI的最佳效益，需要為患者（如ALS患者）選擇植入BCI的最佳時機(jī)。在交流功能喪失的時刻附近或之后為ALS患者提供治療似乎合乎邏輯，然而，患有神經(jīng)肌肉疾病的人在最初診斷為ALS后不久，還是在植入式BCI技術(shù)維持b）降低植入式腦機(jī)接口技術(shù)對患者自主性可能產(chǎn)生的副作用。BCI可通過保持或恢復(fù)交流來提高自主性。然而，人們擔(dān)心BCI可能限制患者對交流控制的方式（即擔(dān)心只能按照BCI提供的方式交流，從而降低了自主性）[61]。例如，如何確定觀察到的（BCI介導(dǎo)c）需要明確植入式腦機(jī)接口已執(zhí)行操作和已發(fā)送信息的責(zé)任歸屬。大多數(shù)受訪的利益相關(guān)者一致認(rèn)為，BCI用戶應(yīng)對在BCI設(shè)備的幫助下已執(zhí)行的操作和已發(fā)送的信息負(fù)責(zé)[63]，其也有誤操作的責(zé)任。然而，BCI系統(tǒng)本身可能因缺陷而發(fā)送誤操作或錯誤信息（BCI系統(tǒng)缺陷風(fēng)險），責(zé)任歸屬是一個問題。責(zé)任歸屬問題可能會讓用戶承擔(dān)責(zé)任，這種責(zé)任目前從法律和倫理角度來看還沒有得獲得參與植入式BCI研究和使用該技術(shù)的機(jī)會是有限的，因為這項技術(shù)昂貴，進(jìn)行相應(yīng)的研究需要大量的資金來支付與植入相關(guān)的硬件、醫(yī)療和手術(shù)費用，以及BCI訓(xùn)練所需的人員費用。此外，植入式BCI可能需要穩(wěn)定和支持性的社會和家庭環(huán)境，這可能會將較低資源環(huán)境(如非城市地區(qū))塑造的邊緣化人群排除在外[40]。已發(fā)現(xiàn)獲取DBS(本質(zhì)上，DBS屬于植入式BCI的一種類型)治療帕金森病的機(jī)會存在種族差異[64]，這是獲取使用植入式BCI機(jī)會公平的一個植入式BCI的獲取問題也可能延伸到BCI設(shè)備試驗結(jié)束之后[65][66][67]?！逗諣栃粱浴罚?013年）和CIOMS指南（2016年）等國際法規(guī)要求研究贊助商和研究人員為受益于研究治療的參與者做出安排，以促進(jìn)繼續(xù)獲得治療，或在試驗完成后提供同等的替代方案。從臨床的角度，ALS患者最終能夠使用植入式BCI進(jìn)行交流，一個重要的要求是設(shè)備本身、與植入相關(guān)的醫(yī)療程序以及培訓(xùn)和持續(xù)支持所需的增強(qiáng)和替代交流設(shè)備或BCI專家的費用在醫(yī)療保險范圍內(nèi)[24]。如果這些費用不在醫(yī)療保險范圍內(nèi)，有些患者會因負(fù)擔(dān)不起使用BCI設(shè)備的費用而失去使用該技術(shù)的機(jī)會。從更成熟的神經(jīng)技術(shù)應(yīng)用（例如，腦深部刺激[68]）中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)可隨著BCI技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)研究者在國內(nèi)外期刊或會議上發(fā)表了許多有關(guān)BCI的文獻(xiàn)[69][70][71][72]，也出版了一些有關(guān)BCI的著作[73][74][75]，但這些文獻(xiàn)和著作往往專業(yè)性較強(qiáng)，對于潛在的BCI用戶、用戶之外的其他人或公眾、社會組織難以理解。此外，一些專業(yè)的BCI研究人員或從業(yè)者，以及大多數(shù)公眾對BCI的期望過高，但現(xiàn)有的系統(tǒng)卻難以使用或不易使用，這主要因為BCI在大眾媒體中的報道通常不準(zhǔn)確，不恰當(dāng)?shù)某醋骱筒萋实膱蟮莱３Ｔ斐善谕c現(xiàn)實之間的差距，而且這在一定程度上會阻礙BCI的發(fā)展。因此，正確的BCI科普很重要，也有利于促進(jìn)理解和解決倫理相關(guān)問題。為此，迫切需要為這些人員和組織提供BCI技術(shù)科媒體應(yīng)客觀報道BCI技術(shù)的現(xiàn)狀，客觀評價其新成果的優(yōu)勢、局限性以及適用范圍，對技術(shù)展望時應(yīng)考慮其能效的極限性，避免不切實際或違背科學(xué)的浮夸。媒體擔(dān)負(fù)著向大眾普及BCI科學(xué)知識啟蒙思想的職責(zé)，應(yīng)確保報道的科學(xué)性和客觀性，報道者撰寫的有植入式BCI技術(shù)應(yīng)用的主要目標(biāo)人群是因嚴(yán)重運動障礙而失去與外部世界交流的患者，如晚期ALS患者需要BC患者的BCI研究取得了重要進(jìn)展[2][3][4][76]，需要轉(zhuǎn)化植入式BCI者交流的一種解決方案[77]，提高其可用性，向LIS和完全LIS（CLIS）患者推廣應(yīng)用[77]。植入式BCI也是帕金森病患者運動障礙神經(jīng)調(diào)節(jié)的一種方案[78]。值得注意的是，患有嚴(yán)重神經(jīng)障礙的這些患者具有獨特性，需要針對特定疾病、疾病特定階段或特定患者補(bǔ)充特定的倫理考量。下面以晚期ALS患者和嚴(yán)重神經(jīng)障礙兒童第一個方面，應(yīng)及時告知晚期ALS患者接受氣管造口術(shù)有創(chuàng)通氣（tracheostomyinvasiveventilation，TIV）和植入式BCI的可能性和后果。ALS管理的中心主題是幫助患者解決與進(jìn)行性運動障礙和望在呼吸衰竭之后繼續(xù)生活，將需要有替代的交流策略，因為ALS很可能會達(dá)到疾病的各個階段，在這些階段，基于肌肉的交流技術(shù)控制變得越來越困難[79]。從醫(yī)學(xué)角度來看，晚期ALS患者所需手術(shù)干預(yù)的時機(jī)和潛在風(fēng)險可能適用于TIV和植入式BCI。因此，植接受TIV和植入式BCI的可能性和后果，以便其能夠參與有關(guān)這些第二個方面，應(yīng)在植入式BCI推廣和使用之前，以及植入式BCI使用過程中，形成或發(fā)展出植入式BCI臨床應(yīng)用的基本原則。相關(guān)的潛在風(fēng)險、益處、考慮因素和程序，并能夠參與確保這些設(shè)備的有效臨床推廣和使用。因此，在ALS的多學(xué)科管理中，應(yīng)鼓勵BCI研究人員、一級、二級和三級最終用戶、其他利益相關(guān)者以及所有相關(guān)臨床學(xué)科就是否、如何、為誰以及何時植入BCI，進(jìn)行全面、積極和持續(xù)的討論。希望在植入式BCI推廣和使用之前，以及植入式BCI使用過程中，形成或發(fā)展出植入式BCI臨床應(yīng)用的基本原則，并在嚴(yán)重運動障礙患者的日常生活環(huán)境中廣泛驗證這些原則b）嚴(yán)重神經(jīng)障礙兒童患者使用植入式腦機(jī)接口時的特定倫理第一個方面，用于嚴(yán)重神經(jīng)障礙兒童的侵入式BCI需要對解碼第二個方面，植入式BCI在兒童患者中的臨床試驗應(yīng)包括在試驗完成后對患者長期護(hù)理的明確計劃，包括是否移除顱內(nèi)電極陣列或?qū)⑵溆谰弥踩胍员憔蛹沂褂?。如果永久植入長期使用，則應(yīng)在軟件更新、模型校準(zhǔn)、硬件更改以及財務(wù)方面采取保障措施，以確保相關(guān)的BCI研究，將有助于積累在不同年齡兒童患者中使用和校準(zhǔn)BCI的專業(yè)知識，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建可供臨床使用的完全可植入BCI2.2非植入式腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用倫理規(guī)范考量40與植入式BCI技術(shù)相比，非植入式BCI技術(shù)不需要手術(shù)，對腦組織沒有損傷，因此，非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用面臨的倫理問題沒有植入式BCI的嚴(yán)重或突出。植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用的倫理規(guī)范更格，其一些倫理規(guī)范可以借鑒并應(yīng)用于非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如確?；颊咧橥鈾?quán)、提供定制式的個性化/精準(zhǔn)BCI治療、降低身份感/認(rèn)同感的風(fēng)險、幫助患者行使和分享代理權(quán)、保護(hù)神經(jīng)隱私、確保多學(xué)科協(xié)作、負(fù)責(zé)任的使用BCI、確保獲取和使用BCI的公平雖然非植入式BCI對患者或用戶無直接身體傷害，但也可能因設(shè)備的缺陷（如技術(shù)不成熟或不穩(wěn)定等）對患者或用戶身體產(chǎn)生間接傷害，導(dǎo)致不良結(jié)果的BCI系統(tǒng)缺陷風(fēng)險。因此，應(yīng)降低非植入413腦機(jī)接口技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程與功效評價方法3.1腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化操作流程3.1.1植入式腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化操作流程臨床醫(yī)生應(yīng)充分了解患者的病情，包括門診以及相關(guān)醫(yī)療儀器的檢查等，以確定該患者是否適合采用植入式BCI治療或康復(fù)。這一決策過程，通常需要多學(xué)科的協(xié)作，以降低植入式BCI帶來的風(fēng)如2.1節(jié)（11）所述，植入式BCI技術(shù)應(yīng)用的主要目標(biāo)人群是因嚴(yán)重運動障礙而失去與外部世界交流的患案[77]。植入式BCI也是帕金森病患者運動障礙神經(jīng)調(diào)節(jié)的一種方案[78]。值得注意的是，患有嚴(yán)重神經(jīng)障礙的兒童，如四肢癱瘓性也如2.1節(jié)（8）所述，在患者中負(fù)責(zé)任地使用植入式BCI的一個關(guān)鍵方面是潛在收益與風(fēng)險和負(fù)擔(dān)之間取得有利的權(quán)衡，遵循潛（2）確保采用植入式腦機(jī)接口治療或康復(fù)的患者及家屬的知情如2.1節(jié)（1）所述，在采用植入式BCI治療或康復(fù)患者前，研究者和臨床醫(yī)生有責(zé)任讓患者獲得有關(guān)植入式BCI的充分信息，了42解該技術(shù)的安全風(fēng)險、收益和替代方案，并由具有明確決策能力的患者做出是否參與研究或使用的決定[40][41]。對于不能正?；騿适Ы涣髂芰Φ幕颊邅碚f，其難以行使知情同意權(quán)，如閉鎖綜合征患者行使知情同意權(quán)是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，需要精心制定程序此外，在采用植入式BCI治療或康復(fù)兒科兒童患者前，在沒有征得此類患者明確同意的情況下獲得父母的替代同意不應(yīng)被視為足以進(jìn)行此類干預(yù)[39]，除了此類患者的知情同意外，其監(jiān)護(hù)人的知如2.1節(jié)（3）所述，植入式BCI的一個醫(yī)學(xué)目標(biāo)是調(diào)節(jié)并適應(yīng)臨床醫(yī)生有責(zé)任根據(jù)這些差異為特定用戶定制個性化的BCI治療方為了負(fù)責(zé)任的使用植入式BCI，實現(xiàn)植入式BCI的最佳效益，最優(yōu)參數(shù)，包括選擇BCI范式及參數(shù)、設(shè)置腦信號采集參數(shù)（包括腦區(qū)位置和傳感器類型及參數(shù)等）、腦信號處理與解碼模型及參數(shù)如2.1節(jié)（2）所述，植入式BCI的植入需要在高度專業(yè)化的神經(jīng)外科進(jìn)行，其使用可能會對患者的大腦產(chǎn)生某些不可逆轉(zhuǎn)的影響43[7]，臨床醫(yī)生有責(zé)任降低植入式電極對腦組織損傷的風(fēng)險。ECoG電極記錄方法通常比皮質(zhì)內(nèi)電極記錄方法安全風(fēng)險小，可作為后者與植入式BCI技術(shù)相比，非植入式BCI技術(shù)不需要手術(shù)，對腦組織沒有損傷。非植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化操作流程可借鑒植入式BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，如確定特定患者是否適合采用非植入式BCI治療或康復(fù)；確保采用非植入式BCI治療或康復(fù)的患者及家屬的知情同意；向患者提供定制式的個性化/精準(zhǔn)非植入式BCI3.2腦機(jī)接口醫(yī)療應(yīng)用功效評價方法BCI技術(shù)的功效可以歸結(jié)為如下5類：監(jiān)測（使用BCI系統(tǒng)監(jiān)測部分人體意識狀態(tài)）、替代（BCI系統(tǒng)的輸出可以取代由于損傷或疾病而喪失的自然輸出）、改善/恢復(fù)（主要針對康復(fù)領(lǐng)域，改善實現(xiàn)機(jī)能的提升和擴(kuò)展）、補(bǔ)充（主要針對控制領(lǐng)域，增加腦控方BCI用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病/障礙治療或康復(fù)的功效評價方法仍然不清晰或不規(guī)范，要求BCI臨床轉(zhuǎn)化研究者/生產(chǎn)商、臨床醫(yī)44生和患者相互協(xié)作，客觀地評價其醫(yī)學(xué)應(yīng)用的功效，避免為了利益（1）對患者分組，一組患者為BCI驅(qū)動的治療或康復(fù)組，另一）；（2）在實施治療或康復(fù)前、療程結(jié)束時以及結(jié)束后一定時期（如6-12個月，甚至更長時間），采用臨床相關(guān)量表（與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病/障礙的量表，包括醫(yī)療儀器測量的客觀指標(biāo)（如肌力（3）對兩組患者的前測、后測和隨訪評估結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，以判定BCI驅(qū)動的治療或康復(fù)方法是否比非BCI驅(qū)動的方法更有效或更顯著，結(jié)果可能是更有效，也可能沒有顯著差異，還有可能效算BCI治療或康復(fù)方法引起的疾病/障礙相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)可塑性（如），結(jié)果可能是顯著相關(guān)，也可能有相關(guān)性但不顯著，還有可能是不相例如，BiasiucciA等人證明了BCI與功能電刺激（FES）相結(jié)合，比虛假的FES更有效地引發(fā)慢性中風(fēng)患者顯著臨床相關(guān)和持久的（療程結(jié)束后仍持續(xù)6-12個月）運動功能康復(fù)，這種康復(fù)與功能性神經(jīng)可塑性的定量特征（患側(cè)半球內(nèi)運動區(qū)域之間的功能連接）45增加顯著相關(guān)[80]。該研究表明，BCI-FES和傳入通路的有條件激活，驅(qū)動顯著的功能性恢復(fù)和有目的的可塑需要注意的是，因涉及醫(yī)學(xué)倫理問題，通常不可以讓患者只接受BCI治療或康復(fù)（因為BCI可能沒有療效或療效不顯著），而放棄傳統(tǒng)療法，這對評價BCI醫(yī)學(xué)應(yīng)用功效提出了挑戰(zhàn)，臨床上，驗證某種藥物或治療方法的療效通常采用隨機(jī)雙盲對照方法。如果采用“BCI療法+傳統(tǒng)療法組”與“傳統(tǒng)療法對照組”，這464腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)療健康領(lǐng)域是目前腦機(jī)接口最大的市場應(yīng)用領(lǐng)域，也是增長最快的領(lǐng)域。陳琪等人[81]基于WebofScience核心合集，檢索并分2013年—2022年共發(fā)表腦機(jī)接口醫(yī)學(xué)應(yīng)用相關(guān)論文6226篇。年度實現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交互，通過BCI設(shè)備獲取運動、視覺、聽覺、語言等大腦區(qū)域的信息并分析，實現(xiàn)對疾病的監(jiān)測診斷、治4.1腦機(jī)接口在監(jiān)測診斷領(lǐng)域應(yīng)用在疾病監(jiān)測診斷領(lǐng)域，應(yīng)用BCI技術(shù)可實現(xiàn)神經(jīng)生理監(jiān)測、睡BCI設(shè)備可以實時監(jiān)測大腦神經(jīng)活動，為臨床診斷和康復(fù)治療提供重要信息。例如，在癲癇、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療過程中，可以通過BCI設(shè)備捕捉腦電信號，及時發(fā)現(xiàn)異常神經(jīng)活動和病灶定位。其中，癲癇領(lǐng)域是BCI系統(tǒng)最早應(yīng)用的領(lǐng)域，因?qū)δX功能和疾病的研究越發(fā)深入，BCI技術(shù)在癲癇領(lǐng)域已經(jīng)有很多相對成熟的應(yīng)用，通過記錄患者的腦電信號，實現(xiàn)對癲癇發(fā)作的實47時監(jiān)測，此外也可以通過分析患者的腦電信號，預(yù)測癲癇發(fā)作的可能性。從無創(chuàng)腦電到ECoG、SEEG甚至單細(xì)胞電極幫助臨床定位腦功能及腦疾病。術(shù)前的SEEG的評估能夠幫助臨床2022年，首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院院長趙國光教授、神經(jīng)外科單永治教授帶領(lǐng)的神經(jīng)外科立體定向與功能性腦疾病組團(tuán)隊成功為一名難治性癲癇患者施行了閉環(huán)反應(yīng)性神經(jīng)刺激系統(tǒng)Epilcure注冊臨床試驗植入手術(shù)。該技術(shù)通過將人工智能芯片植入顱骨，顱內(nèi)電極即啟動外源性干擾節(jié)律，直接阻斷致癇灶內(nèi)的癲癇形成，精準(zhǔn)的控在意識障礙方面，慢性意識障礙包括持續(xù)性植物狀態(tài)和微意識狀態(tài)兩個層次。慢性意識障礙患者由于常處于無法交流的狀態(tài)，因此常常被延誤治療，甚至誤診，錯失了最佳的康復(fù)機(jī)會。近幾年，法，提出了一種視聽雙刺激的BCI系統(tǒng)用來評估病人的聲源定位能力[83]。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科意識障礙病區(qū)面向意識障礙患者，開展意識障礙的意識評估、診斷與預(yù)后預(yù)測，通過檢測與神經(jīng)調(diào)控，分析與解碼腦網(wǎng)絡(luò)活動特征，探索意識與意識障礙的病理生理學(xué)機(jī)制，推動重大腦疾病的臨床診療。例如采用近紅外腦機(jī)系統(tǒng)檢測患者遵囑打球的運動想象，用來判斷患者的預(yù)后48恢復(fù)程度；采用基于視覺穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位（SSVEP）的BCI系統(tǒng)，讓患者進(jìn)行是和否的選擇問答，實現(xiàn)患者對外的部分交流；通過檢測眼球追蹤的VR（virtualreality）腦機(jī)系統(tǒng)，可讓患者選擇自己喜歡的圖片、物品和日常需求；通過P300和SSVEP的混和BCI系統(tǒng)，讓具有較高殘余意識水平的患者通過混合人機(jī)交互方式來主動控制輪椅。借助不同的技術(shù)手段和范式，最大程度的檢測患者的殘余意睡眠監(jiān)測是BCI的另一個主要監(jiān)測方向，在睡眠障礙、睡眠呼吸暫停綜合癥等病例中，可以通過該類設(shè)備實時捕捉腦電信號，分析睡眠狀態(tài)和質(zhì)量。不少腦機(jī)接口創(chuàng)業(yè)公司也從這一需求入手，例如柔靈科技開發(fā)了一款單通道小型化腦電監(jiān)測設(shè)備，采集睡眠特征波并對睡眠腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。強(qiáng)腦科技也開發(fā)了一款基于BCI技術(shù)的睡眠儀，能夠跟蹤入睡前EEG大腦狀態(tài)趨勢，熟睡狀態(tài)后則可相比于其他生理信號，腦電信號可以提供更多深入、真實的情感信息。通過學(xué)習(xí)算法，提取腦電信號特征，可以實現(xiàn)多種情緒（諸如愉悅、悲傷、平靜、憤怒、害怕、驚訝、生氣等）的判別分析。因此，基于腦電信號的情感識別研究可用于精神類疾病發(fā)病機(jī)制的研究和治療，通過實時捕捉和分析腦電信號，識別患者的情緒波動，預(yù)測情緒障礙的發(fā)生和發(fā)展。例如，在抑郁癥、焦慮癥等心49理障礙的診斷和治療過程中，腦機(jī)接口可以為心理治療師提供實時情緒反饋，幫助優(yōu)化治療方案。Alphabet實驗性研發(fā)實驗室的Amber項目，通過BCI設(shè)備獲取并分析腦電波，開發(fā)針對抑郁和焦慮的客觀測量方法，更容易和客觀地診斷抑郁癥。天津大學(xué)神經(jīng)工分別從誘發(fā)范式設(shè)計、特異性特征提取以及識別模型構(gòu)建三個層提出了面向抑郁評估的BCI關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了抑郁腦機(jī)交互診斷系統(tǒng)，旨在解決目前臨床上抑郁診斷主觀性強(qiáng)和一致性差的臨床亟需BCI在注意力監(jiān)測領(lǐng)域也具有應(yīng)用價值，尤其是對于注意力缺陷/多動癥（ADHD）等認(rèn)知障礙的患者。通過實時捕捉腦電信號，BCI可以評估患者的注意力水平。例如，Neurable公司研發(fā)了一款名叫Enten的具有BCI功能的耳機(jī)，其耳墊中含有16個EEG傳感4.2腦機(jī)接口在疾病治療領(lǐng)域應(yīng)用4.2.1神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療在帕金森病、癲癇等疾病的治療中，通過植入BCI設(shè)備，可以實現(xiàn)對神經(jīng)活動的實時監(jiān)測和調(diào)控，從而有效改善患者的癥狀。在癲癇的診療中，通過腦電輸出和判斷大腦的功能和疾病的信號，對顱內(nèi)電極的電刺激輸出“指令”，以誘發(fā)患者功能區(qū)的響應(yīng)，通過手術(shù)切除、熱凝、激光損毀等技術(shù)實現(xiàn)改變和治療大腦的癲癇網(wǎng)絡(luò)，BCI還可以應(yīng)用于阿爾茲海默病、多發(fā)性硬化癥等其他神經(jīng)退行性疾病的治療。通過對病患腦電信號的檢測發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病早期癥狀，并加以相關(guān)刺激，通過神經(jīng)調(diào)控治療疾病。麻省理工學(xué)院的蔡立慧教授團(tuán)隊發(fā)表的文章發(fā)現(xiàn)光與聲的刺激可讓小鼠大腦產(chǎn)生此外，BCI技術(shù)還應(yīng)用在其他神經(jīng)發(fā)育缺陷中。神經(jīng)反饋訓(xùn)練新加波南洋理工大學(xué)YLiu的團(tuán)隊，實現(xiàn)了一種可優(yōu)化Theta/BetaRatio(TBR)神經(jīng)反饋訓(xùn)練方案的電子游戲，從而使得神經(jīng)反饋訓(xùn)練更加有效、新穎、有趣。北京大學(xué)第六醫(yī)院孫黎研究員采用基于Alpha節(jié)律的神經(jīng)反饋干預(yù)配合認(rèn)知訓(xùn)等啟動BCI便攜式神經(jīng)反饋系統(tǒng)訓(xùn)練聯(lián)合研究項目，進(jìn)一步通過結(jié)合BCI、近紅外光腦功能成像、核磁共振、基因?qū)W等多學(xué)科途徑，對于抑郁癥、焦慮癥、自閉癥等精神障礙患者，BCI可以通過監(jiān)測和調(diào)節(jié)大腦活動，改善患者的情緒和認(rèn)知狀態(tài)。通過神經(jīng)反饋訓(xùn)練技術(shù)結(jié)合BCI、腦刺激技術(shù)，幫助患者自我調(diào)節(jié)大腦活動，實現(xiàn)對特定腦區(qū)的電刺激，從而調(diào)節(jié)患者的情緒，改善患者的社交溝通能力、情緒調(diào)節(jié)和認(rèn)知功能。天津大學(xué)劉爽團(tuán)隊開發(fā)的基于虛擬現(xiàn)實和神經(jīng)反饋技術(shù)的焦慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過放松訓(xùn)練、注意力訓(xùn)練和焦慮調(diào)節(jié)等方式涵蓋多風(fēng)格場景進(jìn)行腦電神經(jīng)反饋，具有較好的臨床效果。該技術(shù)也應(yīng)用于“神十三”、“神十四”的飛行員腦力負(fù)荷控中心啟動“難治性抑郁癥腦機(jī)接口神經(jīng)調(diào)控治療臨床研究”項目，通過多模態(tài)情感腦機(jī)接口和腦深部電刺激方法治療難治性抑郁癥，改變傳統(tǒng)藥物治療由于藥物分布在全身，很難集中到腦內(nèi)的現(xiàn)狀。兩年多來，該項臨床研究已入組23位患者，隨訪顯示，按照國際通用“漢密爾頓抑郁癥量表”評估，這些患者術(shù)后抑郁癥狀平均改善超此外，BCI在睡眠障礙的治療中也有應(yīng)用前景。在治療失眠、睡眠呼吸暫停綜合癥等睡眠障礙時，BCI可以通過調(diào)節(jié)大腦活動或輔助其他治療措施，改善患者的睡眠狀況。例如基于睡眠AI分期的閉環(huán)干預(yù)技術(shù)，采用腦電波監(jiān)測設(shè)備、睡眠分期管理方法，搭配音在疼痛治療領(lǐng)域，通過分析患者的腦電信號和疼痛感知機(jī)制，例如，在慢性疼痛、癌癥疼痛等病例中，BCI可以作為一種非藥物4.3腦機(jī)接口在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用在臨床康復(fù)領(lǐng)域，腦機(jī)接口可以實時評估患者的運動、語言和實現(xiàn)更為有效和自然的康復(fù)訓(xùn)練。其應(yīng)用主要包括肢體運動障礙康具體來說，BCI技術(shù)在肢體運動障礙診療的應(yīng)用方式主要有兩實現(xiàn)對假肢或外骨骼等外部設(shè)備的控制。2020年，浙江大學(xué)求是高等研究院腦機(jī)接口團(tuán)隊與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科合作完成國內(nèi)第一例植入式腦機(jī)接口臨床研究，患者可以利用大腦運動皮層信號精準(zhǔn)控制外部機(jī)械臂與機(jī)械手實現(xiàn)三維空間的運動。2022年，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的JosédelR.等人[89]的研究表明，四肢癱瘓者經(jīng)過長時間訓(xùn)練后，可以在自然或雜亂的空間環(huán)境中通過思維控制輪椅。這項研究是第一個評估非植入式腦機(jī)接口技術(shù)在完全癱瘓患者中的臨床轉(zhuǎn)化的研究。瑞典生物電子和疼痛研究中心（CBPR）、澳大利亞生物電子研究所等聯(lián)合團(tuán)隊通過手術(shù)將傳感器和骨骼植入物植入用戶體內(nèi)，通過人工智能算法將用戶的意第二種是康復(fù)性BCI[90][92]，由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)具備可塑性，經(jīng)過BCI設(shè)備直接作用于大腦進(jìn)行重復(fù)性反饋剌激，可以增強(qiáng)神經(jīng)創(chuàng)建BCI同步閉環(huán)康復(fù)系統(tǒng)，模擬產(chǎn)生三維空間的虛擬場景，并通過VR設(shè)備向用戶進(jìn)行視覺反饋。以腦卒中患者為例，腦機(jī)接口已經(jīng)被證明可以誘導(dǎo)患者大腦的神經(jīng)可塑性，這與傳統(tǒng)康復(fù)治療過程中遵循的原則相似，通過BCI治療能夠重組患者的大腦連接，加強(qiáng)神經(jīng)元的功能性募集以及促進(jìn)殘存神經(jīng)通路的重塑，從而調(diào)節(jié)患者腦區(qū)的皮質(zhì)激活狀態(tài)提高，促進(jìn)了患者運動功能的改善。首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院完成的脊髓損傷“重拾行走”臨床試驗顯示，基于運動想象的閉環(huán)BCI主動康復(fù)技術(shù)，結(jié)合感覺重建、虛擬現(xiàn)實場景下運脊髓損傷患者脊髓的運動和感覺功能。意大利PERCRO實驗室[93]通過基于運動想象的BCI設(shè)備觸發(fā)上肢機(jī)器人外骨骼，輔助患者進(jìn)行抓握和釋放，幫助肢體康復(fù)。2023年，克利夫蘭診所（ClevelandClinic）的研究人員提出了一種持續(xù)刺激小腦齒狀核的腦深部刺激方法（DBS），有效延長缺血性和創(chuàng)傷性腦損傷后神經(jīng)可塑性的程度和時間窗口，顯著提高患者的生活質(zhì)量和獨立生活的能力。結(jié)果顯示12名卒中患者中有9人在運動障礙和功入組時有上肢運動功能嚴(yán)重障礙的患者[94]。天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊的“神工”系列人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人融合了運動想象療法和物理訓(xùn)練療法，在卒中患者體外仿生構(gòu)筑了一條完整的人工神經(jīng)通路，它通過模擬中樞神經(jīng)通路、解碼患者的運動意念信息，驅(qū)動多級神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)模擬周邊神經(jīng)通路、刺激患者癱瘓肢體產(chǎn)生對應(yīng)動作，加快卒中患者的康復(fù)進(jìn)程。該系統(tǒng)已在天津市人民醫(yī)院、天津市第一中心醫(yī)院等多家三甲醫(yī)院完成臨床試驗超3000例，康復(fù)有效在這里，對于腦機(jī)接口在運動功能康復(fù)中的有效性已經(jīng)有諸多研究報道，如：Biasiucci等人[95]開展了腦中風(fēng)患者的臨床實驗證實動功能的康復(fù)，而且相較于其他反饋形式，功能電刺激的反饋對于康復(fù)效果的改善更加有效。雖然BCI在運動功能康復(fù)應(yīng)用是最接近落地轉(zhuǎn)化的技術(shù)之一，但仍存在著諸多問題，問題的核心是如何有效性的促進(jìn)不同患者神經(jīng)可塑性誘發(fā)功能康復(fù)，即如何保證腦機(jī)交互過程中信息識別的準(zhǔn)確性、信息反饋的時效性以及反饋形式的有效性。其中信息識別的準(zhǔn)確性除了先進(jìn)算法的設(shè)計，也涉及識別算法對不同年齡人群、不同腦損傷部位的患者的適用性。信息反饋的時效性則涉及神經(jīng)可塑的時效性問題，如NatalieMrachacz-Kersting等人[97]通過腦卒中患者實驗論證時效