搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第21期，對話上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院廣慈教授呂寶糧。
嘉賓簡介：
呂寶糧，上海交通大學計算機科學與工程系二級教授、上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院廣慈教授、博士生導師、IEEE Fellow。現任上海交通大學智能交互與認知工程上海高校重點實驗室主任、上海交通大學清源研究院執行院長、上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院腦病中心-米哈游聯合實驗室主任和上海零唯一思科技有限公司創始人兼首席科學家。主要研究領域包括仿腦計算理論與模型、深度學習、情感智能和情感腦機接口。
劃重點：
1. 現在“腦起搏器”中的電極插進去既可以對大腦核團產生刺激，又可以把核團的神經信號傳輸出來，是一種標準的侵入式腦機接口。
2. 腦機接口不是操縱情緒的工具，由患者自身可調節的范圍比較小，不會產生很大的情緒波動。
3. 手術中插入的電極不會破壞腦區和血管，原理上沒有后遺癥。
4. 未來能否大規模普及要看患者觀念能否轉變、治愈率能否提高、醫療費用和設備價格能否降低。
5. 法律法規需要在技術發展的同時進行制定，根據發展中出現的問題進行規范。
出品 |搜狐科技
作者 |周錦童
現實世界中的人們通過插入連接器與母體系統進行鏈接，被控制的人腦就可以沉浸在母體的虛構世界中，這是著名科幻電影《黑客帝國》中的橋段。然而看似不切實際的想象，卻是基于“腦機接口”技術的早期設想。
隨著科技的飛速發展，腦機接口進入了快速的發展時期，應用領域也在逐步擴大，科技力量的加持使得科幻電影中的場景一步步變為現實。近期上海瑞金醫院的“腦機接口治療難治性抑郁癥”已經獲得初步成果。對此搜狐科技對話了上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院廣慈教授呂寶糧。
他向搜狐科技介紹了他觀摩這類手術的經歷，“這個手術不需要開顱，是微創手術，需要把直徑兩毫米的電極插入到大腦深部的內囊前肢/腹側紋狀體，電極為白金材料，具有柔性且非常牢固，但是上述區域是一個比較小的核團，所以手術中要精準地插入電極難度比較大，需要很高的技術水平。”
當患者打開“體外開關”就可以操控“腦起搏器”讓自己變得開心，談及原理時呂寶糧表示：“這是因為腦起搏器通過電極在腦深部發出電脈沖信號，這些信號會給核團產生刺激，患者的情緒就會變好。但從神經科學的角度，真正的神經調節機制我們還不太清楚，只能說這樣的刺激會激活這一區域一些神經元，使病人的癥狀變好。”
雖然這個手術目前患者抑郁癥狀平均改善了60%，但還有一些技術難點需要攻克。例如，腦起搏器刺激參數的個性化和優化。刺激參數包擴刺激強度、頻率以及刺激模式等。抑郁癥不同于帕金森病，刺激參數特別需要個性化，因為人的情緒變化每個人都不一樣。就算是同一個人，在不同的場景和狀態下，要對情緒進行調節也需要不同的刺激參數。目前刺激參數的設定還需要依靠醫生的經驗來實現，未來有望應用強化學習算法實現刺激參數的個性化和優化。”呂寶糧如是說。
而許多網友都表示腦機接口操縱情緒實在是非常可怕的事，對此，呂寶糧表示，“實際上并沒有這么嚴重，可能大家有些誤解了。刺激模式的切換應該有規范的操作規程，一般來說不會允許患者自己調節刺激參數，即便允許其可操控的范圍也會比較小，以防止因參數的大幅變化引起患者情緒的大起大落。”
此外，手術預后情況和普及情況也是很多患者關注的首要問題。“這個手術從原理上講是沒有后遺癥的。但未來能否大規模普及，我認為要考慮四個方面的因素：首先就是病人的觀念能否轉變，其次是治愈率能否提高，再者是國家是否可以提高公費醫療的比例，最后就是生產廠家能否降低腦起搏器的價格。”呂寶糧如是說。
在談及目前腦機接口發展現狀時，呂寶糧表示，國家非常重視這個方面的研究。“目前我國在國際上是腦機接口領域發表論文數目最多的國家，在算法方面我們也并不弱，但在硬件方面還需繼續努力才能有所突破。”目前呂寶糧研究團隊致力于開發基于非侵入式情感腦機接口的抑郁癥客觀評估系統，未來將會開發抑郁癥治療的數字療法。
以下為對話實錄（經編輯整理）：
搜狐科技：上海瑞金醫院的“腦機接口治療難治性抑郁癥”已經獲得初步成果。植入“腦起搏器”后，患者打開“體外開關”就能瞬間開心起來。您可否從科學角度解釋一下其中的原理呢？
呂寶糧：腦起搏器的英文是DBS（deep brain stimulation），即腦深部電刺激。最早這個技術用于帕金森病的治療，現在已經很成熟了，瑞金醫院一年大概要做500例左右的帕金森手術。但帕金森病患者有一部分會并發抑郁，所以后來發現這項技術也可以治療難治性抑郁癥。在重性抑郁癥患者中，大約有20%-30%屬于難治性抑郁癥，傳統的藥物治療和物理治療都沒有良好的療效。
目前抑郁癥的病因和產生機制我們還沒有搞清楚，因為情緒非常復雜，不能簡單地說大腦的哪一個區域會產生影響，有可能是多個腦區共同作用的結果，所以現在只能大致知道哪些區域可以用DBS進行刺激。
我曾在瑞金醫院觀摩過DBS手術。對于神經外科醫生來說，這個手術是一個微創手術，不需要開顱，只需要在頭部打兩個小洞，然后把像電線一樣的電極插入到指定的核團。電極直徑大約兩毫米左右，它具有柔性且非常牢固，材料為白金，手術中需要把它插入到大腦深處。至于插入到哪個區域，目前全世界尚未有統一的標準，哪個區域效果最佳也尚無定論。
孫伯民主任的手術應該是將電極插入到內囊前肢/腹側紋狀體，該區域是一個很小的核團，大概只有兩毫米大小。因為電極直徑就只有兩毫米，所以要精確地插入到給定的核團，需要很高的技術水平。
為什么一刺激就會變得開心，這是因為在腦深部，電極會發射電脈沖信號，這些電脈沖信號對核團進行刺激，情緒就會變好。但從神經科學的角度，真正的神經機制我們還不是很清楚，只能說這樣的電刺激會激活這一區域的一些神經元，病人的癥狀會變好。
搜狐科技：和帕金森手術相比，腦機接口治療難治性抑郁癥的難點是什么呢？
呂寶糧：相對帕金森病來說，難治性抑郁癥治療的一個難點是刺激參數的個性化和優化。刺激參數包含了刺激強度、頻率以及刺激模式等。刺激參數必須是個性化的，不能千篇一律地每個人都用同一個參數和模式。即便是同一個人，在工作、休息等不同環境時也需要不一樣的參數。現在的方式可能比較簡單，只需要進行模式的切換。未來的研究方向是希望對不同人和所處的不同環境進行自動調節。
搜狐科技：瑞金醫院植入的“腦起搏器”就是大家所關注的“腦機接口”嗎？
呂寶糧：舊的腦起搏器是單向的，即電極只能產生電刺激信號，但沒有辦法把電極周圍的神經信號傳遞出來，所以這種設備一般不能稱之為“腦機接口”。而現在孫主任使用的“腦起搏器”，電極插進去既可以產生電刺激信號，又可以把核團周圍神經元變化的神經活動信號傳輸出來，這完全是雙向的，是一種標準的侵入式腦機接口。
腦機接口有兩大類，一類是運動腦機接口，一類是情感腦機接口。這個新型腦起搏器就是一個標準的情感腦機接口框架，在信號傳出來以后就可以對情緒進行解碼。目前孫主任使用的設備還沒有情緒解碼的功能，一旦能夠實現精確的情緒解碼，將會對刺激參數的個性化和優化提供重要的調節依據，從而大大提高治愈率。
搜狐科技：您覺得“腦機接口”在應用方面存在著哪些風險？這個手術會不會引發后遺癥？
呂寶糧：至少到現在為止，像帕金森手術已經做了十幾年了，從臨床的結果看，沒有發現有后遺癥。插入的電極像電線一樣，并不會破壞腦區，也不會破壞血管。如果以后不想使用，還可以把電極和腦起搏器取出來，并不影響患者的認知功能。當然做手術都是有風險的，出血感染也有可能，但從原理上講是沒有后遺癥的，而且如果DBS治療效果好就可以不用服藥了。
搜狐科技：很多患者的關注點在于這個手術費用是怎樣的？未來可能會大規模的普及使用嗎？
呂寶糧：據我了解這個手術需要二十四、五萬元，是很貴的。可能各個城市不一樣，就上海來說大概80%是可以通過公費醫療報銷的。像在美國也有各種保險，但是手術利用率還是比較低的，在美國大概只有5%的帕金森病人是通過DBS來治療的。因為大家的觀念沒有改變，原來精神疾病大家都是去內科，認為不需要動手術，可以吃藥或者是采用物理治療或心理治療，患者很難接受手術治療的方案。
但是也不是說抑郁癥都可以用DBS治療，這種治療方案主要是針對難治性抑郁癥。簡單地說，所謂難治性抑郁癥是指藥物治療和物理治療都不見效的一類重性抑郁癥，大概占到重性抑郁癥患者的20%-30%。
未來會不會普及，我認為有四個影響因素：首要的是病人的觀念，并不是動手術就很危險或沒必要，這個需要進行科普。第二是要提高治愈率和治療技術的穩定性。第三是設備價格要降低，雖然費用報銷80%，但對于很多家庭來說還是很貴的，這可能需要國家來發力，在設備價格沒有降下來之前提高公費醫療比例。最后就是看生產廠家能不能把腦起搏器的價格降下來。
搜狐科技：這些患者植入了腦起搏器后就可以通過程序來控制情緒，有網友覺得這是一件非常可怕的事情，自己好像被控制了，對此您怎么看？
呂寶糧：實際上并沒有這么嚴重，可能大家有些誤解了。刺激模式的切換應該有規范的操作規程，一般來說不會允許患者自己調節刺激參數，即便允許其可操控的范圍也會比較小，以防止因參數的大幅變化引起患者情緒的大起大落。
未來需要把人工智能技術結合進去，以獲得最佳刺激參數，可能就不需要病人自己來調節了，系統會根據患者當前的情緒狀態進行自動調整。比如說患者現在很開心，那么刺激就不需要那么強烈，但是當患者情緒低沉郁悶的時候，可能系統就會自動切換刺激模式或加大刺激強度。這是我們目前正在開展的一項研究，通過可穿戴腦電采集設備，自動識別患者的情緒狀態，然后把這個情緒狀態信號發送給腦起搏器。
搜狐科技：您覺得目前我國腦機接口技術的發展狀況如何呢？已經開展了哪些研究呢？
呂寶糧：實際上國家非常重視腦機接口的基礎研究與技術開發，去年國家啟動的2030腦計劃就有多個腦機接口相關的研究項目。今年七月三日在天津召開的首屆全國腦機接口大會上，腦機接口聯盟提出了腦機接口的十大科學問題，其中的一個科學問題就是如何基于腦機接口實現情感障礙疾病的有效治療。
目前我們國家在國際上發表腦機接口相關的論文數量是最多的，在算法方面也并不弱，但在硬件儀器設備方面，我們還有些不足，因為這涉及到材料和加工工藝等很多技術，所以在這方面還需要繼續努力。目前國內有兩家企業在DBS方面做的非常好，一家是蘇州景昱，另一家是北京品馳。
搜狐科技：未來腦機接口技術的發展方向在哪？有哪些應用前景？
呂寶糧：腦機接口的應用場景非常多。例如，我們正在開發的基于多模態情感腦機接口的抑郁癥客觀評估設備，情緒“X”光機，就是情感腦機接口在情感障礙疾病診斷中的一個典型的應用場景。
目前抑郁癥的診斷，醫生主要是靠量表和經驗來判斷，沒有生物標記物，不像高血壓或糖尿病那樣可以根據一個具體的數值來診斷。我們開發的情緒“X”光機就是要實現抑郁癥的客觀評估，而不是靠醫生的經驗或量表。我認為情感障礙疾病的診斷應該存在生物標記物，只是這類生物標記物可能是多模態的、個性化的，而且也是隨時間變化的。
隨著生物標記物的不斷發現，未來情感障礙疾病的診斷將不需要根據醫生的經驗和量表，而是以生物標記物作為金標準。在情緒“X”光機開發的基礎上，我們將開發抑郁癥治療的數字療法，進一步將VR、AR和大模型與腦機接口結合起來，從而實現客觀診斷與數字療法的閉環。此外，腦卒中導致的語言功能障礙和運動功能障礙都可以應用腦機接口技術構建更高效的主動康復系統。
搜狐科技：您覺得這個手術會不會涉及到一些倫理問題呢？目前我國有無相關法律進行規范呢？
呂寶糧：在倫理方面，法律法規是需要在技術發展的同時進行制定，不能說一開始就限定的很死，那科學技術就無法發展了。新的技術在發展過程中會出現各種各樣的問題，可以根據問題的不同來進行規范。比如說侵入式腦機接口，可以限制它只能應用于疾病的治療，而不能向健康人開放。