腦機接口

腦機接口（BCI）是時下一大熱門話題，相關的技術創新和高調的倡導者為公眾帶來了豐富的想象空間。為了讓大家了解這項技術的實際應用，貿澤電子采訪了Neurolutions首席執行官Leo Petrossian，以此來了解他們公司如何通過其IpsiHand治療設備成為非侵入式BCI領域的主要創新者。

Leo Petrossian是Neurolutions公司的現任首席執行官。此前，他參與創立了Neural Analytics公司，還曾擔任Nile AI公司的首席執行官。

Petrossian博士于2014年獲得加州大學洛杉磯分校安德森管理學院工商管理碩士學位，并于2007年作為美國國家科學基金會IGERT研究員在亞利桑那州立大學獲得生物分子納米技術和固態器件物理博士學位和碩士學位。他還擁有加州州立大學長灘分校電氣工程和生物醫學工程雙學士學位。

此次訪談中，Petrossian首先闡述了Neurolutions的特色：“在BCI領域，每家公司的區分度主要體現在兩個關鍵的地方。其中一個是究竟采用侵入式還是非侵入式技術。侵入式的概念在科幻小說里面很普遍，往神經系統里植入一個東西，然后用戶就可以靠意念來操控這項技術；而另外一種BCI實現方法，就是采取外部或者非侵入式的技術。”

“然后第二個區分點，就是把這項技術用在哪里。許多投資BCI研究的公司都在關注假肢解決方案，希望做出來一種永久性的裝置，能夠替代或者增強用戶的一些能力，并且這個假肢是直接連接到大腦來控制的。”

Petrossian還表明了Neurolutions產品的設計理念：“我們的選擇是用BCI來治療疾病。和大家都在拿假肢搞永久性BCI相比，我們更看重它為治療應用帶來的意義和機遇。我們認為患者更愿意采用的，是一種可以隨時取下來的治療方案，而不是在身體里植入一個永久性的東西。”

IpsiHand的開發歷程

IpsiHand通過腦電圖（EEG）頭戴設備檢測大腦活動，并將指令發送到手部，然后通過電機幫助患者實現手部運動。

Petrossian向我們詳細介紹了Neurolutions IpsiHand的研制初衷。這款由大腦激活的治療設備能夠幫助中風患者恢復運動控制能力。“你看到中風患者一側手臂動不了，這時候可能會下意識覺得這個人手臂有問題。但實際上這條手臂完好無損，因為中風損傷的是大腦內部。”

Petrossian做了一個實際演示。“如果我叫你舉手，你馬上就會有‘我要把手舉起來’這個想法。大腦要把這個想法轉化成動作，就要先考慮如何讓手動起來。這就是大腦中產生的意圖，或者說是執行運動前的計劃。對受過中風損害的患者來說，他們失去了意圖和手部動作之間的聯系，因為中風破壞了運動神經回路中控制手部移動的那部分。”

IpsiHand使用佩戴在頭上的外部腦電圖（EEG）設備來捕獲信號。當患者想要移動手時，EEG頭戴設備會正確地檢測出大腦中的信號，并將指令發送給IpsiHand，后者使用電機來移動患者的手（圖1）。患者感覺到手的運動后，大腦就可以重建起意圖和手部運動之間的聯系。

Petrossian指出：“人腦的可塑性很強，它可以繞過受損區域建立新的通路，最終重建起整個體系。久而久之，患者就可以恢復運動控制能力。這個過程稱為赫布型學習。”

在談到治療的有效性時，Petrossian表示：“如果患者每天按照建議的時間使用IpsiHand，那么每使用一周，患者通常就能恢復1%的手部活動能力。并且這樣的效果是累積而且是永久性的。如果患者使用IpsiHand十周，并且達到了預期效果，那么即使關閉設備不再使用，他們也可以恢復10%的功能。”

將長期積累的知識運用到實踐中

雖然Neurolutions專注于新一代中風康復技術，但IpsiHand背后的檢測技術并非新發明。檢測大腦活動的腦電圖（EEG）技術早在一個世紀前就已經實現。事實上，腦電圖（EEG）是整個方案中最簡單的部分。Petrossian指出：“這項技術已經很成熟，但IpsiHand的關鍵價值，在于我們如何解讀大腦中檢測到的信號。BCI基礎設施領域最大的挑戰就是這個解碼的步驟。”

Petrossian繼續指出為什么解碼這一步如此重要：“我們早就知道大腦的哪些部分控制著身體的哪些功能。每個中風患者受到的大腦損傷都是不同的，都有獨特的癥狀和潛在的運動神經回路損傷。要讓IpsiHand實現它的功能，就必須根據患者的具體情況來定制。這個過程需要一個小時，我們在其中運用了先進的人工智能技術，將患者大腦中收集到的信號用于訓練IpsiHand，實現針對患者量身定制的效果。”

Petrossian認為，非侵入式方法贏得了Neurolutions客戶的青睞。“許多投入到BCI的公司都是由工程師而不是臨床醫生領導的，他們更有可能形成技術至上的理念，而不是優先考慮用戶的臨床需求。實際上，患者就應該是治療方案的焦點所在，如果他們接受不了，IpsiHand就不會成功。”

Neurolutions IpsiHand獲得了美國食品和藥物管理局（FDA）的De Novo市場授權。“你可能覺得這是通往商業成功的敲門磚，但實際上它只是推出這個產品過程中的一小步。FDA的職責非常明確：確保各種療法的安全性和有效性。任何新器械都需要證明其獲益大于風險。”

Petrossian承認繼續開展研究仍然是非常重要的。“我們的解決方案之所以能夠實現，離不開華盛頓大學在侵入式技術方面所做的工作。這項技術得到驗證后，Neurolutions才能夠開發出可行的非侵入式解決方案。如果沒有最初的這項研究，我想任何此類產品都不可能獲得成功。”

與FDA和聯邦醫療保險合作

在成功通過FDA注冊后，Neurolutions與美國醫療保險和醫療補助服務中心（CMS）開展合作，使IpsiHand成為了一款可擴展產品。IpsiHand現在有了新的計費代碼，醫療專業人員可以將其作為治療手段開具處方，醫療保險也可能承擔部分治療費用，從而顯著增加干預措施的可及性。

雖然目前許多公司都與FDA合作，但Petrossian無法確定是否還有其他公司提交了類似的器械審批申請。Petrossian坦言了他們面臨的挑戰：“FDA需要知道或者相信你的器械不會對患者造成長期傷害。將電極植入大腦就是一種高風險行為。所以在考慮風險和回報時，必須把門檻定得很高，所以可能需要過很長時間，才能在市面上找到成功商業化的解決方案。”

Petrossian向所有想要開發新型BCI技術的人們提出了三條建議：“不要像工程師那樣思考，而要像臨床醫生或患者那樣思考。如果只關注技術，就會忽視最終目標。其次，得到了FDA的批準，并不能保證可以成功。這當然是很重要的一步，但也只是漫長旅程中的一步。最后，如果不關注患者的臨床需求、支付方的經濟需求或臨床醫生的實際需求，你的產品就永遠無法得到廣泛采用。”