臨床落地加速，中國方案領(lǐng)跑腦機(jī)接口視覺重建

國內(nèi)腦機(jī)接口行業(yè)正在從專注前沿技術(shù)探索的發(fā)展初期過渡至聚焦臨床價值驗(yàn)證的新階段。

一方面，經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，國內(nèi)腦機(jī)接口已取得重大技術(shù)突破，亟須在真實(shí)的臨床場景中證明其價值并完成商業(yè)化閉環(huán)。與此同時，國內(nèi)醫(yī)院也掀起了腦機(jī)接口的應(yīng)用浪潮并逐步構(gòu)建起了涵蓋華北、華中、西南、華南及華東地區(qū)的腦機(jī)接口全國性臨床網(wǎng)絡(luò)。

另一方面，從今年3月國家醫(yī)保局首次設(shè)立“侵入式腦機(jī)接口置入費(fèi)”“侵入式腦機(jī)接口取出費(fèi)”和“非侵入式腦機(jī)接口適配費(fèi)”到11月17日北京《關(guān)于調(diào)整規(guī)范中醫(yī)類（灸法、拔罐、推拿）等醫(yī)療服務(wù)價格項目的通知》特別新增腦機(jī)接口收費(fèi)條目，再到11月26日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院成功開展全國首例“醫(yī)保價”腦機(jī)接口手術(shù)，針對腦機(jī)接口落地臨床的支付問題，我國已前瞻性地制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并已開展落地實(shí)踐。這為腦機(jī)接口的臨床落地奠定了堅實(shí)的政策基礎(chǔ)。

在聚焦臨床落地的過程中，尋找到精準(zhǔn)且支持大規(guī)模臨床驗(yàn)證的優(yōu)質(zhì)場景至關(guān)重要。而在今年，一個臨床應(yīng)用場景頻頻引發(fā)關(guān)注，先是Neuralink官宣盲視項目為未來三年發(fā)展重點(diǎn)，再是明視腦機(jī)宣布完成全球首例“復(fù)雜圖形+多種顏色”的視覺重建IIT實(shí)驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)視覺重建從簡單光點(diǎn)到復(fù)雜圖形甚至色彩感知的跨越……視覺重建成為2025年腦機(jī)接口的熱議話題。

那么，為什么視覺重建會成為國內(nèi)外知名腦機(jī)接口企業(yè)的優(yōu)選落地場景？國內(nèi)腦機(jī)接口視覺重建方案的亮點(diǎn)和成效又是怎樣的？借由近期明視腦機(jī)IIT成果的發(fā)布，動脈網(wǎng)訪談了明視腦機(jī)創(chuàng)始人劉冰博士，以期獲得答案。

01

臨床需求迫切、臨床終點(diǎn)明確，視覺重建成腦機(jī)接口臨床落地優(yōu)質(zhì)場景

視覺重建，旨在修復(fù)或替代受損的視覺通路功能，讓視覺障礙患者恢復(fù)基礎(chǔ)的視覺感知或讓正常視覺者獲得超常規(guī)視覺能力。

需要強(qiáng)調(diào)的是，明視腦機(jī)的視覺重建方案旨在恢復(fù)患者的功能性視覺，即幫助患者重建基于視覺的相關(guān)能力：其一是能夠獨(dú)立避開家具、門檻、車輛、行人等物體獨(dú)立安全地行走；其二是能夠識別并抓取物體；其三是能夠獲取物/人體基礎(chǔ)信息，例如識別大號的文字標(biāo)簽、交通信號燈顏色以及親人面部輪廓等。

明確的臨床終點(diǎn)和龐大的臨床需求是功能性視覺重建成為國內(nèi)外腦機(jī)接口關(guān)注的主要原因。功能性視覺重建的評價標(biāo)準(zhǔn)較為明確，患者能看見和識別物體即為主要評價標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，國內(nèi)約1731萬的視覺障礙群體又為開展大規(guī)模臨床價值驗(yàn)證奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。而在此基礎(chǔ)上，腦機(jī)接口在功能性視覺重建方面的技術(shù)優(yōu)勢也是腦機(jī)接口企業(yè)投身其中的原因之一。

除基于腦機(jī)接口技術(shù)開展視覺重建外，功能性視覺重建的另一主要方式為通過視網(wǎng)膜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，利用電刺激替代視網(wǎng)膜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換過程進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能性視覺重建。但視網(wǎng)膜刺激重建有三大局限：其一是適應(yīng)癥有限，青光眼晚期患者、視神經(jīng)受損患者以及摘除眼球患者無法適用該方式；其二是重建質(zhì)量有限。原因在于，由于視網(wǎng)膜物理空間有限，因此可植入的電極通道數(shù)較少，進(jìn)而導(dǎo)致重建質(zhì)量較低且只能感知黑白圖像；其三是手術(shù)難度極大，對臨床醫(yī)生操作要求較高。

而基于腦機(jī)接口技術(shù)開展的功能性視覺重建，則可“規(guī)避”這些問題。首先，在適應(yīng)癥方面，因腦機(jī)接口是直接對視覺皮層進(jìn)行電刺激，因此理論上可適用于視網(wǎng)膜、視神經(jīng)等嚴(yán)重病變導(dǎo)致全盲的患者的視覺重建，從而可極大地拓展適應(yīng)癥范圍；其次，不同于簡單的光感，腦機(jī)接口通過電刺激模式化生成的“光幻視”可形成更具功能性的“人工視覺”，例如識別門窗、障礙物等；最后，明視腦機(jī)所采用的柔性電極及超聲手術(shù)擠孔植入方式，不僅安全性更佳、手術(shù)損傷更小，手術(shù)門檻也在一定程度上被降低，神經(jīng)外科醫(yī)生均可開展。這為后續(xù)的術(shù)式推廣提供了極大的便利。

那么，基于腦機(jī)接口技術(shù)，明視腦機(jī)究竟形成了怎樣的視覺重建方案？

02

人體智能與機(jī)器智能共同進(jìn)化，“腦機(jī)雙學(xué)習(xí)”系統(tǒng)讓視覺重建精度更高、效果更優(yōu)

明視腦機(jī)的視覺重建方案主要包含智能視覺采集系統(tǒng)、視頻處理單元（VPU）、柔性電極陣列以及腦機(jī)雙學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

在重建過程中，患者會佩戴一副集成了微型攝像頭的智能眼鏡，其所拍攝到的畫面會即刻傳送至視頻處理單元（VPU）。爾后，腦機(jī)接口視覺重建的第一大關(guān)鍵挑戰(zhàn)開啟——如何將圖像信息轉(zhuǎn)化為大腦可理解的“電語言”？

為此，明視腦機(jī)開發(fā)了完整的視覺信息特征提取與編碼解決方案，并創(chuàng)新性地將仿生視覺拓?fù)淠Ｐ团c深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，開發(fā)出了自適應(yīng)多模態(tài)刺激算法。該算法構(gòu)建了包含20種常見場景模型的視覺提示體系，能夠根據(jù)不同環(huán)境需求智能選擇最優(yōu)的刺激策略。基于此，明視腦機(jī)視頻處理單元（VPU）可瞬間識別圖像關(guān)鍵信息，例如桌子邊緣、門框位置等，并可將這些信息形成指令傳遞至視覺皮層。

而腦機(jī)接口視覺重建的第二大關(guān)鍵關(guān)卡也隨之開啟——如何執(zhí)行指令？并且，進(jìn)一步來看，這一關(guān)卡還可細(xì)分為“如何更安全地開展刺激”以及“如何更精準(zhǔn)地開展刺激”。

其中，為實(shí)現(xiàn)更安全的視覺重建，明視腦機(jī)采用了柔性電極陣列。該電極陣列由厚度僅數(shù)十微米的超薄柔性材料制成，電極間距亦可達(dá)到微米級精度且可根據(jù)刺激區(qū)域需求提供數(shù)十到上千個刺激通道的支持。

當(dāng)指令到達(dá)柔性電極陣列后，其會用極其微弱的電流精準(zhǔn)動態(tài)地刺激特定位置的視覺皮層神經(jīng)元。這些被刺激的神經(jīng)元會活躍起來，讓患者“看到”一個個光點(diǎn)（即“光幻視”）。通過控制不同電極的開關(guān)，這些光點(diǎn)就能組合成簡單的形狀、輪廓，甚至不同的顏色。這就好比直接在大腦的“屏幕”上，用光點(diǎn)“畫”出了一幅圖像。

至于“如何更精準(zhǔn)地開展刺激”，則更是明視腦機(jī)視覺重建方案的“重頭戲”。而這與明視腦機(jī)自研的“腦機(jī)雙學(xué)習(xí)系統(tǒng)”息息相關(guān)。

傳統(tǒng)腦機(jī)接口在醫(yī)療健康的應(yīng)用，多數(shù)是單向指令的灌輸，但視覺重建需要大腦能“理解”這些外來信號。具體來看，當(dāng)?shù)谝淮蜗虼竽X輸入“字母A”的信號時，患者可能只“看到”一團(tuán)模糊的光點(diǎn)，即并未達(dá)到更高精度、更高質(zhì)量的視覺重建。若此時系統(tǒng)能“讀取”到患者的大腦神經(jīng)反饋，則可動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化后續(xù)的刺激信號。“這其實(shí)是構(gòu)建了一個‘刺激-反饋-動態(tài)調(diào)整’的閉環(huán)系統(tǒng)，從而能夠使視覺重建的精度更高、效果更好、個性化程度更高。”訪談中，劉冰博士如是說道。

不僅如此，由于人類大腦也具備學(xué)習(xí)進(jìn)化功能，當(dāng)某種特定的感知模式持續(xù)出現(xiàn)時，大腦的神經(jīng)可塑性也將會被激活，進(jìn)而會主動調(diào)整和解釋刺激信號，因而需要持續(xù)“讀取”大腦的神經(jīng)反饋，并及時調(diào)整刺激策略，給予最為適配的刺激方案。

“這其實(shí)是機(jī)器智能與人體智能兩個‘主體’之間持續(xù)、雙向的互相學(xué)習(xí)與共同進(jìn)化。”劉冰博士表示，“這種互相學(xué)習(xí)和共同進(jìn)化機(jī)制不僅使得視覺重建的效率更高，更使得視覺重建的質(zhì)量和精度更高、穩(wěn)定性也更好。”

據(jù)明視腦機(jī)官方消息，其IIT試驗(yàn)在視覺重建的穩(wěn)定性、復(fù)雜視覺信息感知的準(zhǔn)確性和豐富顏色感知等維度達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。該試驗(yàn)的成功不僅進(jìn)一步驗(yàn)證了基于腦機(jī)接口開展視覺重建的可行性，也為未來使用“腦機(jī)雙學(xué)習(xí)”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的視覺重建打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

03

未來業(yè)務(wù)版圖，不止視覺重建

誠然，IIT試驗(yàn)的成功開展是明視腦機(jī)基于腦機(jī)接口技術(shù)開展功能性視覺重建的階段性成果。

在未來2年內(nèi)，其將持續(xù)聚焦視覺重建的技術(shù)深化與臨床試驗(yàn)，在已成功的IIT試驗(yàn)基礎(chǔ)上，擴(kuò)大受試者規(guī)模，優(yōu)化硬件性能，進(jìn)行軟硬件型檢，啟動正式臨床試驗(yàn)；而在3—5年內(nèi)，其將實(shí)現(xiàn)首代產(chǎn)品的商業(yè)化落地，并建立一整套包括手術(shù)、設(shè)備調(diào)試、康復(fù)訓(xùn)練在內(nèi)的醫(yī)療服務(wù)體系。與此同時，明視腦機(jī)還將基于臨床反饋，迭代開發(fā)更先進(jìn)、更小型化、更智能的產(chǎn)品。

文章的最后，我們還需指出的是，“腦機(jī)雙學(xué)習(xí)”系統(tǒng)對明視腦機(jī)的賦能，并不僅僅局限于視覺重建領(lǐng)域。其在視覺重建所形成的完整閉環(huán)—即同時實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信號的精準(zhǔn)解讀與復(fù)雜信息的有效編碼反饋，為其技術(shù)平臺的延展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

因此，在更為久遠(yuǎn)的未來，基于“腦機(jī)雙學(xué)習(xí)”系統(tǒng)在視覺重建領(lǐng)域的積累，明視腦機(jī)可將其拓展至具身反饋的運(yùn)動功能重建、精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控等更廣闊的應(yīng)用場景，從而形成一個以視覺重建為核心、輻射多領(lǐng)域的腦機(jī)接口底層技術(shù)平臺。

“在這一過程中，我們期待與產(chǎn)業(yè)各方積極對話，深度協(xié)同，共同探索中國腦機(jī)接口的創(chuàng)新發(fā)展之路。”劉冰博士總結(jié)道。

如果您想對接文章中提到的項目，或您的項目想被動脈網(wǎng)報道，或者發(fā)布融資新聞，請與我們聯(lián)系；也可加入動脈網(wǎng)行業(yè)社群，結(jié)交更多志同道合的好友。

聲明：動脈網(wǎng)所刊載內(nèi)容之知識產(chǎn)權(quán)為動脈網(wǎng)及相關(guān)權(quán)利人專屬所有或持有。未經(jīng)許可，禁止進(jìn)行轉(zhuǎn)載、摘編、復(fù)制及建立鏡像等任何使用。文中如果涉及企業(yè)信息和數(shù)據(jù)，均由受訪者向分析師提供并確認(rèn)。