導    語

      2016年，荷蘭烏特勒支大學醫學院神經科學家Nick Ramsay成功實施了全球首例漸凍癥患者的腦機接口植入手術，受試者為一名肌萎縮側索硬化癥（ALS，俗稱漸凍癥）患者。這一突破性進展開啟了腦機接口技術在臨床應用的新紀元。時隔多年，該技術對漸凍癥患者的實際療效究竟如何？近期發表在《新英格蘭醫學雜志》（The New England Journal of Medicine）上的一項研究，首次系統報告了植入式腦機接口在漸凍癥患者日常通訊中的長期使用效果，為評估該技術的臨床應用價值提供了重要依據。

1.研究背景

    肌萎縮側索硬化癥（ALS，俗稱漸凍癥）患者常伴有嚴重的運動功能障礙和言語障礙，極大地影響其日常交流能力。目前的增強和輔助技術主要依賴于患者的殘余肌肉活動，但在相當比例的晚期ALS患者中，由于運動功能的完全喪失，這類技術往往難以奏效。

    植入式腦機接口（BCI）技術有望通過直接解碼大腦神經信號來實現通信控制，有望突破傳統技術的局限性。然而，BCI系統在ALS患者疾病進展過程中能否維持長期穩定的通信性能，特別是在患者的疾病惡化后是否仍能有效運行，這些關鍵問題仍有待深入研究。因此，本研究首次系統報告了植入式腦機接口系統在晚期ALS患者居家環境中的使用頻率和壽命。

2.研究概述

腦機接口的居家使用情況

    患者在植入設備7個月后開始在家中獨立使用腦機接口進行交流。最初，該系統主要用于戶外環境，以彌補眼球注視跟蹤設備的不足。植入約2.5年后，由于進行性動眼肌損傷（圖1A），患者逐漸減少使用眼球注視跟蹤裝置，轉而更多地在室內使用腦機接口與家人和護理人員溝通（圖1B）。到2019年秋季，她完全停止使用眼球注視跟蹤裝置。

    2020年9月，系統新增夜間模式功能，使患者能夠在夜間可靠地呼叫護理人員。此后11個月內，患者每天使用該系統20至24小時，主要用于呼叫護理人員。進一步的交流通常通過嘴角的殘余運動完成“是-否”回答（圖1A），這是患者當時唯一能自主控制的動作。這種方式成為她的首選，因為她經常因角膜干燥和難以睜眼而視力受損，難以使用平板電腦上的拼寫界面，且這種方式比通過腦機接口逐字選擇更便捷。腦機接口系統使她能夠主動發起交流，這在其他情況下是不可能的。

    然而，植入近6年后，患者使用腦機接口的頻率開始下降。研究訪問期間的評估顯示，這種下降與點擊命令準確性的降低一致（圖1C）。此外，患者嘴角的殘余運動逐漸變得不一致且難以解釋（圖1A），導致護理人員越來越難以判斷她的呼叫是否出于有意。2022年10月，系統停止夜間使用，到2023年3月，腦機接口完全停用。此后幾個月內，患者完全喪失了嘴角運動能力（圖1A），進入完全閉鎖狀態。

圖1 居家使用的植入式腦機接口

神經電生理和影像學的縱向評估

    在基線測量中，電極對E2-E3的低頻和高頻波段的功率在植入后的前12個月急劇下降，在隨后的幾年出現緩慢的、明顯的線性下降。此外，在手部運動和感覺任務中，低頻波段和高頻波段功率的變化幅度也隨時間呈線性下降。盡管存在這種振幅下降，神經信號與靜息-運動任務在植入后5年仍存在很強的相關性，在此之后也線性下降，直到第8年相關性趨于0；而神經信號與靜息-感覺任務的相關性直到腦機接口設備停用前仍維持在較高水平。同時，阻抗測量結果顯示，E2-E3電極阻抗在植入后上半年內有所增加，之后呈線性下降；E10-E12電極在2020年9月的置換手術后的阻抗也出現了下降。

    與第一次CT（2015年評估）相比，第二次CT（2023年評估）的腦室明顯增大，腦組織體積減少（圖2B和2C）。除枕葉外，腦組織體積與腦組織和腦脊液體積的比例均顯著下降。尤其在整個右半球，這一比率共降低了0.13，從0.85降低到0.72，大大超過了健康人與衰老相關的平均降低0.03。

電極對阻抗和CT掃描的腦組織切片

系統失效的潛在原因

    在腦機接口系統植入大約6年后，性能下降應該考慮幾個原因：

    首先，直到停用前，神經信號與靜息-感覺任務仍存在高相關性，而神經信號與靜息-運動任務的相關性已趨近于0，這使得硬件問題不太可能。

    其次，值得注意的是，阻抗的緩慢縱向下降與低頻段和高頻頻段功率的基線振幅的逐漸衰減相吻合。依據CT掃描的結果，由于ALS引起的進行性腦萎縮，額葉和頂葉的腦體積減小，使得皮質表面和附著在顱骨上的電極條的距離逐漸增大。值得注意的是，植入后最初幾個月阻抗的上升和同時低頻和高頻波段基線功率的下降很可能與局部組織反應和電極封裝有關，但不影響設備的性能。

    最后，神經信號與運動、感覺任務間相關性的變化差異表明，ALS的進展使患者越來越難以在感覺運動皮層中持續和可靠地主動產生神經信號的變化，可能是由于維持注意力的能力或認知能力下降。此外，這種困難也可能是由于與ALS相關的感覺運動皮層的神經元變性。

3.研究意義

    本研究首次系統報告了植入式腦機接口系統在晚期ALS患者居家環境中的使用頻率和壽命，為評估該技術在改善嚴重運動功能障礙患者生活質量方面的臨床應用價值提供了重要依據。

內容來源：Longevity of a Brain–Computer Interface  for Amyotrophic Lateral Sclerosis | The New England Journal of Medicine 2024