作者：曹鹏，蒋鸿杰，朱君明，张建民，浙江大学医学院附属第二医院神经外科
脑机接口（brain-computer interface，BCI）作为近10多年来脍炙人口的前沿名词，涉及脑科学、脑医学、神经生物工程、人工智能等诸多领域，实际应用时甚或存在用词泛化之现象。其实，脑机接口存在狭义与广义之分，前者主要是基于脑机接口技术层面的定义，即由脑电采集与分析处理系统将大脑之神经电信号转化为对外部设备的控制信号，从而实现大脑与外部设备的桥接。
比较常见的例子如瘫痪患者利用自身的大脑皮层控制外部机械手实现三维空间的运动、抓握等动作，进而替代瘫痪肢体的运动功能。这一狭义概念的脑机接口正是为当今社会所津津乐道的内容。然而，若论及临床诊治层面的脑机接口，更多指的是其广义概念，即基于脑机接口理念层面的定义，而这一层面往往会被我们忽视，从而造成对脑机接口认知上的局限。因此，本述评将重点阐述脑机接口的基本理念，以及临床转化应用研究在临床诊治中的价值。
现今的认知理论认为大脑发挥其功能的过程是一种纯生物层面的概念，不论是其控制肢体运动、接受外部感觉刺激，抑或是记忆、感知乃至精神层面的高级认知活动，都完全基于生物个体本身。因此，广义概念的脑机接口可涵盖任何需要计算机或外部机械等非生物因素直接与大脑产生信息交互的过程，因此有相当一部分英文文献也将脑机接口命名为brain-machine interface。这是基于脑机接口理念所给出的定义，虽然界限较宽且略显抽象，但基于这一理念更有利于推进脑机接口在临床诊治中的应用。
脑机接口这一理念的重要性主要体现在三大方面。首先，拓宽“脑-机”双方的研究面。狭义的脑机接口聚焦于大脑运动皮层对外部机械手和机械臂的运动控制，而基于脑机接口理念，“脑-机”双方的研究面远不止于此。
其中，“脑”的一方可以是脑功能的任一甚至多个维度的体现：譬如基于脑电信号的运动、感觉、感知、记忆、语言等各种脑功能在脑皮层或脑深部核团甚至血管内的脑电采集，抑或如基于脑血流物化参数的信号反馈系统，再如基于神经压力感受器、血流动力学等的其他信号反馈系统，这些均可作为脑机接口在“脑”一方的端点。
“机”的一方也绝不仅仅局限于外部机械手等运动康复辅助器械，只要有助于人类健康的医学诊治设备且可实现信号控制的，譬如各种脏器功能起搏器、组织或器官的替代装置、给药设备等，这些均可作为脑机接口在“机”一方的端点。由此可见，站在脑机接口理念层面再次认知这一前沿名词可帮助我们不断拓宽“脑-机”双方的研究面，从而有利于将脑机接口更广地应用于临床疾病的诊治之中。
其次，聚焦生物标记物这一重要媒介。基于狭义的脑机接口往往会使人误以为脑机接口就是用计算机程序将脑电信号转化为机械控制信号，是一种单纯的神经工程学作业。然而，在理解了脑机接口理念之后我们会发现，这种信号转化本质上是类似“生物标记物（biomarker）”的重要媒介，并且这是决定该脑机接口系统稳定性、有效性、智能程度的最重要因素。
举例而言，如果我们现在想设计一种脑机接口系统，让疼痛患者能凭借大脑“意念”精准控制植入体内的止痛药泵给出合适的药量，那么，这一脑机接口系统的重要媒介就绝不是狭义脑机接口中所谓的脑电信号转化那么单一了，明确这一媒介就应该是探索疼痛这种生理病理过程中发挥了重要标定作用的大脑生物标记物，其可以是某些脑区的异常电信号表现，也可以是脑内某种神经递质释放特征，但同时这种生物标记物又需要难以被主动学习获得（否则容易让患者学习成瘾），这就有别于传统脑机接口系统中通常会存在的学习强化功能。
其他诸如闭环脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）这一脑机接口系统在
最后，重新理解脑机之间的信息交互。狭义的脑机接口虽然也包含“交互”这层意思，但在实际应用中更倾向于计算机对大脑信号的解码。广义的脑机接口则更多地强调“闭环”的理念，这种“闭环”可以是由大脑发起后经由计算机/外部机械处理，再重新作用于大脑，也可以是经由计算机/外部机械发起，作用于大脑后重新反馈于计算机/外部机械，进行智能化修正。
但在实际应用过程中，脑与机的交互往往是相辅相成、迭代跟进的。比较典型的案例是
这一过程是基于脑机“闭环”模式下的信息交互，在将脑机接口应用于临床疾病的诊治时，“闭环”的理念是值得被重视的。因此，在瘫痪患者中实现了大脑主动控制外部机械做一系列动作之后，近年来很多团队开始思考并探索外部机械对大脑的感觉反馈过程，从而将这一信息交互的环“闭合”起来，而后者的实现无疑会大大提高整合脑机接口系统的稳定性与控制准度。
综上所述，基于脑机接口理念对脑机接口的重新认知有助于我们更好地理解其在临床诊治中的价值。未来脑机接口在临床医学中的转化绝不仅仅是现阶段为公众所关注的“意念”控制手脚运动这种科学技术层面的替代性康复手段，而是将在各种神经-精神乃至其他人体系统临床实践层面的诊治性应用，从而真正助力医学健康的新迈进。
希望本述评能抛砖引玉，打开国内从事脑机接口基础科研及临床转化研究同行们的新思路，从疾病诊治“精准”、“智能”等的新需求出发，探索全新的脑机接口系统并造福人类健康。
来源：曹鹏,蒋鸿杰,朱君明等.提高对脑机接口的认识，推进临床转化研究及应用[J].中国神经精神疾病杂志,2023,49(06):321-323.
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