Nature Medicine：腦機(jī)接口幫助漸凍癥患者交流及居家辦公

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

六年前，凱西·哈雷爾（Casey Harrell）被診斷患有肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS），這是一種俗稱為“漸凍癥”的運(yùn)動神經(jīng)元疾病。著名物理學(xué)家霍金正是因?yàn)榛加羞@種疾病而被禁錮于輪椅之中。

2023 年，已經(jīng)因病情進(jìn)展而嚴(yán)重癱瘓和構(gòu)音障礙的哈雷爾，接受了腦機(jī)接口（BCI）植入手術(shù)，研究人員在他的大腦言語運(yùn)動皮層植入了 256 根微型電極，這些電極通過連接在頭骨上的鈦合金基座與電子記錄設(shè)備相連。在研究人員的幫助下，他開始在實(shí)驗(yàn)室中使用腦機(jī)接口設(shè)備來解碼自己的語言，將他大腦中的神經(jīng)活動轉(zhuǎn)換為屏幕上顯示的文字，該設(shè)備還配備了一套文本轉(zhuǎn)語音系統(tǒng)，將這些句子使用合成的哈雷爾患病前的聲音朗讀出來。隨后，研究人員對哈雷爾及其護(hù)理人員進(jìn)行了培訓(xùn)，讓他們能夠在家中操作該腦機(jī)接口系統(tǒng)。大約 40 周后，他已能夠獨(dú)立使用該腦機(jī)接口系統(tǒng)。

如今，這一腦機(jī)接口系統(tǒng)幫助哈雷爾實(shí)現(xiàn)了每分鐘平均 56 個(gè)單詞的交流速度，這也幫助他在家中操作電腦、發(fā)送短信和電子郵件，并繼續(xù)全職工作。

2026 年 6 月 15 日，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員在Nature Medicine期刊發(fā)表了題為：Long-term independent use of an intracortical brain–computer interface for speech and cursor control（長期獨(dú)立使用大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)語音和光標(biāo)控制）的研究論文。

該研究分析了哈雷爾在家中使用腦機(jī)接口近兩年的情況，這也是迄今為止大腦皮層植入腦機(jī)接口用戶的最全面的數(shù)據(jù)集和持續(xù)時(shí)間最長的語音交流記錄。該研究涵蓋了腦機(jī)接口植入手術(shù)后近 23 個(gè)月的結(jié)果，哈雷爾在 397 天中有 364 天在家使用了腦機(jī)接口。他共交流了 183060 個(gè)句子，其中 92% 的句子至少大部分被正確解碼。且語音解碼質(zhì)量相當(dāng)出色，信息傳輸速率比以往在患者家中部署的腦機(jī)接口快了幾個(gè)數(shù)量級。此外，該腦機(jī)接口還能捕捉到他嘗試手部動作時(shí)的神經(jīng)信號，用以控制計(jì)鼠標(biāo)，從而幫助他使用電腦。

由于肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）或腦干中風(fēng)等疾病導(dǎo)致嚴(yán)重運(yùn)動障礙的人，其說話能力和使用數(shù)字設(shè)備的能力也隨之喪失，這會深刻影響他們的獨(dú)立性和生活質(zhì)量。盡管目前已有多種輔助和增強(qiáng)型溝通技術(shù)，可幫助癱瘓患者進(jìn)行交流和使用計(jì)算機(jī)，但這些工具通常速度較慢、令人疲勞、不可靠，或需要經(jīng)過專門培訓(xùn)的護(hù)理人員頻繁協(xié)助。

近年來，腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)取得進(jìn)展，為恢復(fù)自然交流和數(shù)字化操作提供了有前景的新途徑，即通過解碼使用者在嘗試說話或運(yùn)動時(shí)的大腦神經(jīng)活動，將其轉(zhuǎn)化為文字或數(shù)字化操作。

大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口，通過記錄動作電位水平的神經(jīng)信號，實(shí)現(xiàn)了迄今為止對光標(biāo)、手寫、打字和語音最高效的解碼。然而，大多數(shù)大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口系統(tǒng)僅單獨(dú)處理語音或光標(biāo)控制，且需要頻繁重新校準(zhǔn)以維持準(zhǔn)確性，或在佩戴和取下系統(tǒng)時(shí)需研究人員現(xiàn)場監(jiān)督。此外，現(xiàn)有的腦機(jī)接口系統(tǒng)通常僅在短期的實(shí)驗(yàn)室研究環(huán)境中進(jìn)行評估，尚未證明其在數(shù)月或更久的獨(dú)立使用期間能夠持續(xù)保持高性能。

這些局限性凸顯了大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化面臨的兩大主要障礙——首先，從科學(xué)演示轉(zhuǎn)向?qū)嵱猛ㄐ旁O(shè)備，要求使用者（及其照護(hù)者）能夠在家中獨(dú)立操作該系統(tǒng)，而無需研究人員或技術(shù)人員的日常支持。其次，腦機(jī)接口的神經(jīng)記錄傳感器和解碼性能需保持穩(wěn)定，在理想情況下，應(yīng)盡量減少甚至避免因重新校準(zhǔn)解碼器而中斷用戶的使用時(shí)間。

在這項(xiàng)新研究中，研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種多模態(tài)大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口系統(tǒng)的長期獨(dú)立使用，該系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)大腦到文本的語音輸出以及對電腦光標(biāo)的控制。該腦機(jī)接口系統(tǒng)在大腦到文本的解碼能力以及腹側(cè)運(yùn)動皮層對光標(biāo)的控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入了準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更高的新型解碼架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了長期的獨(dú)立腦機(jī)接口使用，并優(yōu)化了腦機(jī)接口的用戶界面，新增多項(xiàng)功能以提升使用者獨(dú)立交流與控制光標(biāo)的效率。

多模態(tài)大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口的獨(dú)立使用

總的來說，這名因漸凍癥導(dǎo)致嚴(yán)重癱瘓和構(gòu)音障礙的男性患者，通過多模態(tài)大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口系統(tǒng)，結(jié)合新型的大腦到文本語音解碼器和電腦光標(biāo)解碼器，在家中獨(dú)立使用了近兩年。在此期間，該患者在無研究人員在場的情況下，累計(jì)使用腦機(jī)接口超過 3800 小時(shí)，通過腦機(jī)接口與家人和朋友保持了豐富的社交互動，還能夠獨(dú)立操控個(gè)人電腦，并維持了他的全職工作。在此期間，該患者共完成了 183060 個(gè)句子的交流，總計(jì) 1960163 個(gè)單詞，平均速率為每分鐘 56 個(gè)詞。其中 92% 的句子被其本人標(biāo)記為至少大部分正確解碼。

在對腦機(jī)接口的性能進(jìn)行正式量化測試時(shí)，該患者需嘗試?yán)首x屏幕上顯示的單詞，這種嘗試被被持續(xù)解碼為語音輸出，準(zhǔn)確率超過 99%。該患者還使用語音腦機(jī)接口作為鍵盤輸入，用光標(biāo)腦機(jī)接口作為鼠標(biāo)輸入來控制個(gè)人電腦，從而能夠發(fā)送短信和電子郵件，并瀏覽互聯(lián)網(wǎng)。

Casey Harrell在家中獨(dú)立使用腦機(jī)接口

總的來說，這些結(jié)果表明，大腦皮層內(nèi)腦機(jī)接口有望支持患者在家庭環(huán)境中的獨(dú)立使用，標(biāo)志著為嚴(yán)重運(yùn)動功能障礙人士開發(fā)實(shí)用輔助技術(shù)的關(guān)鍵一步。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41591-026-04414-6