[AI书房] 第13章 医疗革命:BCI能够治疗的疾病
读脑者:Neuralink与人类最后的革命
第13章 医疗革命:BCI能够治疗的疾病
金京镇
第四部 连接的未来:伦理、法律、社会与人类的重新定义
一、脊髓损伤与全身瘫痪的突破:数字桥梁
2023年5月,瑞士洛桑的一间实验室里,奇迹发生了。不,与其说是奇迹,不如说是一场精密工程的胜利。一位名叫格特-扬·奥斯坎的40岁荷兰男子从椅子上站了起来,迈步行走。12年前,一场自行车事故令他下半身瘫痪,而此刻,他正用自己的双腿一步一步向前迈进。他脑中浮现「想要走路」的念头的瞬间,植入腰部的装置刺激了脊髓,双腿的肌肉对指令做出了回应。从那天起,奥斯坎开始散步、爬楼梯,站着和朋友们碰杯喝啤酒。他说:「站着和朋友喝一杯啤酒,就这么一件小事,彻底改变了我的人生。」
脊髓损伤,在医学史上曾是最残酷的宣判之一。
大脑随时准备发出指令。四肢的肌肉也蕴藏着运动的力量。然而,连接两者的高速公路,,脊髓一旦断裂,一切都停止了。身体沦为精神的牢笼。全球约有2700万人承受脊髓损伤的痛苦,每年超过25万人成为新增患者。他们中的大多数在年轻时遭遇事故,余下的几十年人生只能在轮椅上度过。
脑机接口技术用一种全新的方式修复了这条断裂的桥梁。「数字桥梁」这个概念清晰明了:在大脑运动皮层植入电极,读取「想要运动」的意图;计算机解码这些信号;解码后的指令被传送到脊髓损伤部位下方植入的刺激器;刺激器以电信号唤醒控制瘫痪腿部肌肉的神经。断裂的生物连接,由电子旁路取而代之。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的格雷瓜尔·库尔蒂纳教授这样解释:「我们在大脑和脊髓之间建立了一个无线数字接口,一种将思想转化为行动的技术。」
在奥斯坎的案例中,研究团队使用了两种电子植入体。第一种是植入大脑表面的WIMAGINE装置,64通道电极网格装在一个与颅骨厚度相当的钛合金外壳中,负责捕捉运动皮层中承载「我要走路」意图的电信号。第二种是放置在腰椎脊髓上方的电极阵列,用于刺激控制腿部运动的脊髓区域。两个装置之间通过无线方式通信。人工智能算法实时解码脑信号,并将其转换为脊髓刺激模式。整个过程在不到一秒的瞬间完成。大脑想到「左脚向前」,左脚就向前迈出。
这项技术最令人惊叹的方面在于诱导了神经可塑性。随着奥斯坎持续使用数字桥梁进行康复训练,他的感觉和运动功能逐渐恢复。即便关闭装置,他仅凭拐杖也能行走了。研究团队推测可能形成了新的神经连接。数字桥梁并非只是功能替代,它同时在刺激大脑自我修复。这一发现从根本上改写了脊髓损伤治疗的范式。
Neuralink也在朝着同一方向全速前进。2024年1月,Neuralink为首位人类患者诺兰·阿博植入N1芯片,起步于电脑光标控制,但终极目标是恢复全身功能。埃隆·马斯克宣称,目标是「让全身瘫痪患者比奥运选手动得还快」。2025年,Neuralink通过Convoy研究将脑信号控制机械臂的临床试验进一步扩展。这是将马斯克口中「卢克·天行者的义手」变为现实的第一步。
挑战当然堆积如山。脑信号复杂且噪声多。即便是「行走」这样看似简单的动作,也需要数百块肌肉精密协调。现有技术生成的动作往往还不够自然。Neuralink患者诺兰·阿博的案例中,植入的电极丝出现了从脑组织中退缩的现象。大脑是像豆腐一样柔软的组织,呼吸和运动都会使其微微晃动。长期来看,电极周围形成瘢痕组织、降低信号灵敏度的生物相容性问题也有待解决。
但我们正在见证医学史上的转折点。脊髓损伤不再是终身判决,它是一种通信故障。而工程师们正在铺设修复这一故障的数字线缆。ONWARD Medical等企业在欧盟支持下推进数字桥梁的商业化,为全球数千万脊髓损伤患者传递重新站立、行走、伸出手去触碰世界的希望。数字桥梁是脑科学、神经工程和人工智能交汇,一步步抹去人类肉体极限的最具冲击力的证明。
二、ALS、帕金森病、癫痫:神经疾病治疗的新地平线
2024年8月,加利福尼亚州戴维斯的一家医院里,45岁的凯西·哈雷尔在家人面前开口说话了。准确地说,是他的大脑替他说了话。因肌萎缩侧索硬化症(ALS,俗称渐冻症)而失去声音的他,仅凭思维就在电脑屏幕上打出单词,再由合成语音朗读出来。「不能说话是一件令人极度沮丧和消沉的事。感觉被困住了。」这是他借助机器的声音传达的话。家人哭了,研究人员也哭了。这套系统以97%的准确率解码了他的思维,每分钟可以交流62个单词。这是人类历史上最精确的语音神经假体装置。
ALS是一种残忍的疾病。它选择性地摧毁运动神经元。患者的智力和感觉完好无损,但控制身体的能力逐渐消失。
四肢瘫痪,吞咽困难,最终连话都说不出。病情发展到晚期,患者陷入完全的「闭锁综合征」,,意识清醒,却连眼球都无法转动。活生生地被埋在自己身体这口棺材里。全球约有50万人罹患ALS,确诊后平均生存期为2至5年。
脑机接口技术在这座牢笼的墙上凿开了一扇小窗。
当患者「试图」说话时,大脑运动皮层和语言中枢仍然产生电信号。肌肉不工作了,但大脑仍在发号施令。
脑机接口捕捉的正是这些信号。加州大学戴维斯分校和布朗大学的BrainGate研究团队在凯西·哈雷尔的脑中植入了微电极阵列,共256个电极记录大脑语音相关区域的神经活动。深度学习算法分析这些信号,将其转换为音素,再将音素组合成单词。第一次测试中,50个词汇量达到了99.6%的准确率。词汇量扩展到125,000个之后,准确率仍保持在90%以上。
Neuralink的第三位临床试验参与者布拉德同样是ALS患者。他通过脑机接口和孩子们一起玩了马里奥赛车。Neuralink联合创始人DJ·瑟这样描述那个时刻:「布拉德和孩子们一起玩了马里奥赛车。那个瞬间……真的太震撼了。」2025年5月,Neuralink的语音恢复技术获得FDA突破性医疗器械认定,面向ALS、中风、脊髓损伤、脑瘫、多发性硬化症导致的重度语言障碍患者。Synchron的Stentrode技术也让ALS患者无需开颅手术即可控制iPad和智能家居设备。
2021年,ALS患者菲利普·奥基夫通过Synchron装置完成了人类历史上第一条仅凭思维发送的推文。
在帕金森病治疗中,脑机接口发挥着更为主动的作用。帕金森病患者的脑深部涌动着异常的电信号风暴。一种被称为β节律的特定频段过度同步化,引发震颤和僵直。传统的脑深部刺激术(DBS)只是充当全天候以固定参数持续放电的「起搏器」,按照医生预设的方案运行。然而帕金森病的症状时刻在变。药效消退的「关」期到来,有时过度刺激又导致异动症。
新一代自适应DBS扮演的是「指挥家」的角色。它实时监测大脑状态,只在检测到引发震颤或僵直的信号时才精准地发送对抗刺激。加州大学旧金山分校(UCSF)的研究团队开发了一套闭环系统,能根据患者的起床时间、就寝时间和服药情况自动调节刺激。使用这套系统的39岁滑板教练肖恩·康诺利说:「我的生活彻底改变了。一整天都能保持好心情。」这项技术延长了电池寿命,减少了副作用,大幅提升了患者的生活质量。
在癫痫治疗中,脑机接口同样带来了革命。毫无预兆地袭来的发作是癫痫患者最大的恐惧。开车时、下楼梯时、独自洗澡时突然发作,性命攸关。NeuroPace的反应性神经刺激系统(RNS)全天候监测脑电波。一旦检测到即将引发发作的异常模式,立即在千分之一秒内发送微弱电刺激。如同在山火蔓延之前泼水扑灭。近期研究中,借助人工智能提前最多1小时预测发作可能性、并通过智能手机向患者发出警报的技术也在开发之中。
所有这些技术共享一个核心洞见:神经系统疾病是脑回路的问题。回路出了故障,比药物更精准的电干预可能更有效。脑机接口是修复、绕行、甚至升级大脑这块庞大电路板的精密工程工具。它为ALS患者归还说话的权利,为帕金森病患者带回没有震颤的日常,为癫痫患者赢得免于发作恐惧的自由。我们才刚刚开始理解大脑的语言,并正在学习用这种语言与疾病对话、实现治愈。
三、精神疾病与电子药物:抑郁症、成瘾、PTSD的治疗可能
2020年的某一天,加州大学旧金山分校的实验室里,一位女性闭着眼睛静静地坐着。她的名字叫莎拉(化名),五年多来一直与治疗抵抗性抑郁症搏斗。药物治疗、认知行为疗法,甚至电休克疗法都试过了,毫无效果。
她的世界是灰色的。每天早上睁开眼睛本身就是一种痛苦。然而,当研究人员对她大脑的特定区域施加微弱电刺激后,几秒钟后她开口了:「我想笑……怎么回事?」
她露出了好几年来第一次发自内心的笑容。研究负责人凯瑟琳·斯坎戈斯博士这样记录了那个瞬间:「她的表情变了。她说世界的颜色回来了。」
抑郁症不是心灵的感冒,而是脑回路的故障。现代医学长期试图从血清素、多巴胺等神经递质的失衡中寻找病因。百忧解等抗抑郁药拯救了无数生命,这是事实。
然而,约30%的抑郁症患者对现有治疗完全没有反应。他们所承受的痛苦之深难以想象。据世界卫生组织统计,抑郁症是全球致残的首要原因,每年超过70万人因与抑郁症相关的自杀而丧生。
脑机接口技术为这些患者带来了名为「电子药物(Electroceuticals)」的新希望。电子药物将大脑定义为一个收发电信号的复杂网络。治疗抵抗性抑郁症患者的脑中,调节情绪的特定回路(如杏仁核或膝下前扣带皮层)活动异常。电子药物对这些出错的回路施加精准的电刺激,使其重置。UCSF的研究团队为莎拉植入了NeuroPace RNS装置。这款装置原本是获得FDA批准的癫痫治疗设备,研究团队将其应用于抑郁症治疗。
关键在于「个性化闭环(Closed-loop)」系统。研究团队先对莎拉的脑电波进行了数天的密集分析,找到了她情绪即将跌入谷底时出现的特定脑电波模式,即生物标志物。她的情况是:杏仁核中伽马波活动急剧增加时,抑郁症状随即恶化。研究团队对装置编程,设定为仅在检测到这一生物标志物时自动施加电刺激。在她「感到抑郁」之前,机器已经率先恢复了大脑的平衡。莎拉这样描述这种体验:「就像被灰色水泥覆盖的世界里,色彩突然回来了一样。」
这项技术的应用范围不止于抑郁症。在成瘾治疗中,脑机接口同样可以成为有力的工具。毒品、酒精、赌博成瘾,本质上是大脑奖赏回路的损坏。伏隔核和腹侧纹状体等区域过度激活,制造出渴求感;抑制冲动的前额叶功能则减弱了。大脑朝着追逐快感的方向失控狂奔。仅凭意志力很难挣脱这种生物学的枷锁。脑机接口能够在渴求产生的瞬间捕捉脑信号模式,并发送抑制冲动的电刺激。当患者感受到对毒品或酒精的强烈欲望时,装置检测到信号,增强前额叶的控制功能,或是平息奖赏回路的过度激活。
对于饱受创伤后应激障碍(PTSD)折磨的退伍军人和事故幸存者,希望同样存在。PTSD患者在创伤相关记忆涌上来时,负责恐惧反应的杏仁核会过度激活。冷汗涔涔,心跳加速,陷入恐慌。脑机接口无法擦除记忆本身,但它可以用电信号平息伴随记忆而来的恐惧情绪。即便回想起痛苦的经历,也不再陷入惊恐发作。美国国防部下属的DARPA正在大量投资非侵入式神经调控技术,用以缓解军人的应激反应,预防或治疗PTSD。
然而,用机器治疗精神疾病这个构想,引出了深刻的哲学问题。「如果我的情绪由机器调控,那这些感受还是真正属于我的吗?」人为消除抑郁感,是否连人之为人的那份本质性悲伤也一并剥夺了?如果能直接刺激大脑的快感中枢,技术一旦被滥用,就有沦为「数字毒品」的风险。装置被黑客入侵会怎样?如果有人能远程操控我的情绪呢?关于「神经权利(Neurorights)」和「精神隐私」的讨论,必须与技术发展同步推进。
即便如此,那些正在受苦的人们绝望之深,令我们无法对电子药物的可能性视而不见。每天早上睁眼就是恐惧的人,向渴求屈膝、一次次重返深渊的成瘾者,夜夜被噩梦缠绕的退伍军人。对他们而言,电子药物是修复故障脑回路、让他们重见光明的现代医学中最大胆的尝试。植入装置一年后,莎拉说:「我不能说自己痊愈了。但现在,糟糕的日子我也能撑过去了。光是这一点,就改变了我的人生。」
四、失去的感官的复原:视觉、听觉、触觉的数字化
「你不是用眼睛在看,而是用大脑在看。」2024年9月,埃隆·马斯克在介绍Neuralink视觉恢复项目「Blindsight」时说了这句话。
这句话直击感官复原技术的本质。我们的眼睛、耳朵、皮肤不过是接收世界信息的传感器。真正的「体验」发生在大脑内部,发生在电信号被解读的那一刻。传感器坏了,换一个数字传感器,把信号直接输入大脑就行。这就是感官的数字化。
视觉复原堪称神经工程领域的「圣杯」。
全球约有4300万人处于失明状态,超过2.95亿人伴有中度到重度视力障碍。Blindsight的原理简洁明了:患者佩戴的眼镜上安装摄像头拍摄外部世界;影像信息被转换为电信号,传送至大脑枕叶的视觉皮层;植入视觉皮层的微电极阵列以特定模式刺激脑细胞;患者无需通过眼睛,就能在脑中看到光点,即磷光幻视(Phosphene)。2024年9月,Blindsight获得了FDA的「突破性医疗器械」认定,这将加速审查流程,使其更快进入实际临床试验阶段。
马斯克这样描绘Blindsight的未来:「起初分辨率会像雅达利游戏机的画面那样低。但最终它有超越自然视力的潜力。红外线、紫外线,甚至雷达波段都能看到。就像『星际迷航』里的乔迪·拉福吉一样。」这是夸大其词吗?也不算完全天方夜谭。如果直接向视觉皮层输入信息,超越可见光限制的全新感知领域确实可能打开。当然,目前的技术仍处于起步阶段。上一代视觉假体如Second Sight的Argus II只有60个电极,提供的分辨率有限。Neuralink计划用数千个电极大幅提升分辨率。
更令人震惊的是,先天性视障者也有可能获得视觉体验。从未见过光的人,其视觉皮层在接受适当刺激后,也能学会一种新形式的「看见」。这得益于大脑的可塑性。即便视神经从未发育过,只要向视觉皮层直接输入信息,大脑就会学习解读这些信号。这一发现正在重新书写「视觉」的定义本身。
听觉复原已经是脑机接口大规模应用的一种形式。
人工耳蜗(Cochlear Implant)数十年前就已问世,为全球超过100万名听障人士找回了声音。它在耳蜗内植入电极,将声音信息转换为电信号,直接刺激听神经。
但对于听觉神经本身受损的患者,人工耳蜗也无能为力。
下一代技术正朝着直接刺激听觉皮层的方向演进。麦克风采集的声音信息被转换为大脑能够理解的电信号,注入听觉皮层。在嘈杂的派对上,只放大你想交谈的那个人的声音,实现「选择性聆听」功能,这也并非遥不可及。精准传递声音的细微频率与强弱变化,不再停留于有声无声的层面,而是达到能感知音乐旋律的水平,这才是目标所在。
触觉的恢复与机器人义肢技术相结合,取得了令人瞩目的进展。匹兹堡大学的研究团队在瘫痪患者大脑的感觉皮层植入电极,成功地将机器人手臂触碰物体时的压力和质感信号传回大脑。患者闭上眼睛,也能分辨机器人手握住的东西是硬的还是软的,甚至能准确判断哪根手指被触碰。「感觉像是有人在握我自己的手。」一位患者这样说。这种双向(Bidirectional)接口让机器人手臂不再是一件工具,而成为自己身体的一部分。握杯子时如果感受不到压力,杯子可能被捏碎或滑落。触觉反馈使精细操控成为可能。
感官的数字化抛出了一个问题:「现实究竟是什么?」当直接输入大脑的数字信号精细到与真实信号无法区分时,我们该如何分辨虚拟与现实?黑客截获你的视觉信息,或者把你没看过的东西伪造成你亲眼所见,这样的风险又该如何防范?这项技术还可能越过「克服」障碍的边界,进入「增强」的领域。能看到红外线的眼睛,能听到超声波的耳朵,能感知电磁场的皮肤。这已经不是治疗,而是人类能力的拓展。
话虽如此,找回失去的感官,终究是重新打开一个人的世界,是一件近乎神圣的事。让困于黑暗中的人重新看到所爱之人的面容,让困于沉默中的人重新听到音乐,让麻痹的手重新感受家人的体温。BCI带来的医疗革命由冰冷的技术和金属芯片构成,但它所指向的,是最温暖、最贴近人性的生活的
复归。摄像头成为眼睛,麦克风成为耳朵,压力传感器成为皮肤的时代。我们正走在以技术超越人体极限的后人类黎明之中。







