科幻电影《黑客帝国》的经典桥段相信不少影迷都记忆犹新。如今，脑机接口技术正逐步从科幻世界渗透到现实生活，解码大脑信号并利用解码后数据操控机械或反之利用外部信号刺激实施神经调控已不仅仅是电影中才有的场景，不少企业与尼奥做出了相同的选择，领取红色药丸，寄希望于脑机接口技术可以攻克现代医学面临的诸多难题。

 

一、脑机接口技术及其医疗应用介绍

 

现代医学对于脑电信号（Electroencephalogram, EEG）的发现和监测由来已久，随着神经科学的发展，现代医学对运动、视觉、听觉、语言等大脑功能区有了更清晰的了解。如果采集特定大脑功能区的脑电信号并加以解码和分析，则可以翻译大脑的意图及指令，从而应用于精神系统的疾病诊断以及康复治疗。在化学治疗与物理治疗之外，脑机接口技术所代表的数字治疗被视为现代医学最具前景的颠覆式创新领域之一。

 

脑机接口（Brain-computer interface，BCI）这一专业术语，是由加州大学洛杉矶分校的 Jacques J. Vidal 教授于 1973 年首次提出[1]，指通过在人或动物大脑与外部设备直接创设直接连接，实现大脑和设备之间的信息交换。

 

BCI系统示意图

 

脑机接口BCI 系统在医疗健康的应用短期以监测和改善为主，中期以替代为主，长期以增强为主[2]。

 

 

二、脑机接口技术的难点与核心环节

 

在BCI系统中信号采集和算法解析是两个最为核心的步骤，也是BCI系统及产品提升有效性的关键突破点。

 

2.1 信号采集

 

从信号采集端来看，目前市场主流的采集方式为非侵入式采集，非侵入式采集不会将电极植入大脑皮层或对用户造成其他创伤，因此安全性更高，但其取得的信号受到颅骨、皮肤等组织的干扰，会发生较大衰减，且较难精准定位到单个神经元。侵入式采集可获取皮层脑电信号（electrocortico graphy, ECoG），ECoG与EEG信号相比，强度、精度及分辨率都更高，对于医疗级的应用更具价值，但侵入式采集需要通过手术植入电极且置入式电极不仅会引起排异反应也可能对神经系统造成不可逆的创伤，因此在侵入式采集的领域，如何使用微创方式或柔性电极等先进手段，降低信号采集对于人体造成的创伤是亟待攻破的技术性难题。根据公开检索，境内外的研究机构对于微创侵入式采集进行了多种多样的探索，如下表所示：

 

 

2.2 算法解析

 

算法解析是BCI框架中的重要组成部分。脑电信号处理的第一步是提高信号质量，通过放大、时/频域滤波、平滑、降维等手段，突出信号特征。处理降噪后的数据将进入第二步解析阶段，即将预处理的脑信号进行特征提取，并通过算法实现对信号的解码，根据脑信号节律的分布与变化情况，得到大脑指令信息。支撑上述高质量信号处理与解析的两大关键技术是算法设计与AI芯片[10]。

 

 

目前我国在脑机接口核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品等方面起步较晚，受制于德州电气（信号处理芯片TI AD1299）、意法半导体（程序控制单片机STM32）等国外厂商，仍处于发展阶段。在脑机芯片领域值得关注的研究进展如下表所示：

 

 

此外，AI芯片企业也开始关注脑科学领域，寒武纪科技在2020年9月宣布与上海脑科学与类脑研究中心达成智能计算集群系统合作[14]，虽然该等合作属于数据中心业务并未直接涉及脑机芯片的研究，但相信随着我国AI芯片整体研发实力的增强，脑机芯片技术也有望获得更多的落地进展。

 

三、脑机接口技术应用于医疗领域的常见法律问题

 

3.1 BCI医疗器械的产品注册及临床试验

 

依据影响医疗器械风险程度的因素、以及风险程度高低两类判断标准，医疗器械可以划分为不同的种类（第I、II、III类）并接受不同级别医疗器械监管部门采取的不同监督管理措施（如：产品备案或注册批准等）。根据《医疗器械分类目录》的规定，BCI设备的分类监管要求详见下表：

 

 

由于III类医疗器械在注册难度、监管要求、申请受理部门层级和申请时长等方面都远高于II类医疗器械，我国脑机企业目前大多选择非侵入式采集技术路线，对于侵入式脑机设备（以可对外输出信号为准）目前都集中在临床性研究和动物实验阶段，目前暂无公开性的由NMPA正式批准进入人体临床试验阶段的侵入式脑机器械。

 

根据美国食品药品监督管理局（FDA）发布的《用于瘫痪或截肢患者的植入式脑机接口（BCI）设备的非临床和临床考虑因素—FDA工作人员指南》（“BCI设备指南”）[16]，其中对植入式BCI医疗器械在申请临床研究性器械豁免（Investigational Device Exemption，IDE）或注册上市的预提交阶段提出了可借鉴的一般性建议，建议的主要内容如下表所示：

 

 

我国NMPA尚未发布类似指南，根据公开报道和会议等，我国专家呼吁关注侵入式脑机设备应用于临床试验时的安全与伦理问题，包括但不限于：

 

 

此外，还有许多专家呼吁建立脑机技术的标准和数据规范等等，以促进研究与行业的有序发展。在安全、伦理和标准化等问题均得到有效解决之后，脑机接口技术应用于人体临床试验才更有保障。

 

3.2 BCI企业可尝试申请医疗器械特殊审批

 

除按照一般流程申请医疗器械注册外，企业在满足相应条件的情况下还可以通过创新审批、优先审批、应急审批及附条件批准等通道加快审批进程，NMPA将予以优先办理技术审评及行政审批。针对BCI医疗器械特殊性，我们将着重介绍创新审批及优先审批。

 

 

基于BCI技术在临床领域的应用价值及在全球范围内的前沿性，企业可以考虑按照相关标准判断自身BCI医疗器械产品是否符合创新医疗器械的范畴，在满足相应条件的情况下推进医疗器械提早面市[20]。此外，BCI技术目前已知的一些重要临床应用场景涉及了众多尚无有效诊断或治疗手段的罕见病、老年病（比如阿兹海默症等），企业也可以考虑按照自身医疗器械产品情形或其预期用途判断是否提出优先审批申请。

 

3.3 美国出口管制制度对BCI企业跨境合作的潜在影响

 

美国政府对中国在新兴技术领域实施出口管制，无论是脑机接口技术还是BCI系统涉及的AI芯片技术均有可能被纳入到美国商务部工业和安全局（Bureau of Industry and Security, BIS）出口管制的监管范围之中。美国出口管制的核心机制如下所示：

 

美国出口管制核心机制图示[21]

 

截至2021年12月18日，已有611家中国企业、机构及个人被纳入了EL[22]，其中不乏我国的半导体行业领军企业华为、中芯国际、上微、海光信息等，以及我国AI行业领军企业商汤、旷视、云从、格林深瞳等。

 

2021年10月，BIS发布了对脑机接口技术实施出口管制的意见征询文件[23]，这是继BIS在2018年意图限制脑机接口技术出口后的第二次尝试，更令人意外的是，BIS在去年12月将中国人民解放军军事科学院军事医学研究院及其下属11个研究所以该等机构涉及脑控技术为由纳入实体清单[24]，美国政府未来大概率将对BCI技术的出口进行更严格的限制。此外，就AI芯片而言，若BCI企业选择来自于美国的供应商或AI芯片设计或授权等环节与美国技术有关的，也可能在后续面临出口限令。

 

结合美国出口管制制度的严格规定和中美竞争日益激烈的大背景，我们建议脑机企业留意：(1)核心技术的原创性，应确保核心技术源于中国境内的企业独立研发并由中国境内的企业对核心技术展开知识产权（软件著作权或专利等）的相应布局与保护，审慎对待设立在美研发中心、与美国高校或研究机构展开合作和聘任美国专家顾问等会影响核心技术原创性的敏感问题；(2)核心组件的非依赖性，应确保产品的核心组件不会被境外供应商所控制，比如：可选取美国、欧洲、亚洲及境内多家核心原材料或芯片供应商，确保即使在企业自身被纳入实体清单的最坏情况下，仍能持续开展业务。

 

四、结语

 

人工智能和脑科学的交叉融合发展为机器智能与人类智能的融合提供了可能，在全球瞩目下，脑机接口技术在医疗场景的应用处在变革前夜，科学家与企业家正力争在这一科技前沿领域通过自主创新取得竞争优势。创意造言，皆不相师，期待包括脑机设备在内的更多中国智造的颠覆式创新医疗器械产品在NMPA的政策助力下尽早面市。

 

参考资料

 

[1] 人工智能产业发展联盟：《脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书》，2021年7月发布 

 

[2] 蛋壳研究院：《脑机接口+医疗行业研究报告》，2022年1月发布 

 

[3] FDA Authorizes Marketing of Device to Facilitate Muscle Rehabilitation in Stroke Patients, https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-authorizes-marketing-device-facilitate-muscle-rehabilitation-stroke-patients (last visited August 2nd, 2022)

 

[4] 吴雅兰等，《浙江大学完成国内首例植入式脑机接口临床转化研究》，http://www.news.zju.edu.cn/2020/0117/c24345a1957263/page.htm，2022年8月2日访问 

 

[5] 唐闻佳，《瑞金医院成立国内首个脑机接口及神经调控中心》，http://www.whb.cn./zhuzhan/yiliao/20201211/383728.html，2022年8月2日访问 

 

[6] Synchron Receives Green Light From FDA to Begin Breakthrough Trial of Implantable Brain Computer Interface in US, http://www.businesswire.com/news/home/20210728005305/en/(last visited August 2nd,2022) 

 

[7] 《南开科研团队牵头完成国内首例介入式脑机接口动物试验》， http://news.nankai.edu.cn/ywsd/system/2022/06/27/030051852.shtml，2022年8月2日访问 

 

[8] 《中国Neuralink脑虎科技横空出世，陈天桥布局全程支持中国脑科学》，http://i.ifeng.com/c/8CiQcIBAk4r，2022年8月2日访问

 

[9] 《医学院洪波课题组研发成功高速通讯的微创植入脑机接口》，http://neuro.med.tsinghua.edu.cn/?p=905，2022年8月2日访问 

 

[10] 华兴医疗观点：《从科幻到现实，聚焦脑机接口的核心技术与突破》，2022年7月发布 

 

[11] 蛋壳研究院：《脑机接口+医疗行业研究报告》，2022年1月发布 

 

[12] 《‘脑语者’芯片》，http://mctu.tju.edu.cn/info/1079/1318.htm，2022年8月2日访问 

 

[13] 《‘拯救’受损大脑，时识科技用类脑芯片构建下一代脑机接口》，https://new.qq.com/rain/a/20200908A0BU9I00，2022年8月2日访问 

 

[14] 王心馨：《寒武纪和上海脑科学与类脑研究中心达成智能计算集群系统合作》，http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_9063263，2022年8月2日访问 

 

[15] 根据《医疗器械分类目录》，对于侵入式医疗器械可以分拆为不同部件申请医疗器械注册，就不直接侵入人体的外部操控装置，如“测试刺激器”、“程控仪”等，可按照第II类医疗器械监管。

 

[16] Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Amputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations--Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff, https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing (last visited August 2nd,2022)

 

[17] 作为例外，对于在早期可行性研究中评估的器械，如果向FDA提供了充分的理由，则可能不需要使用最终的成品器械进行动物试验。

 

[18] 知情同意书必要要素包括试验说明、可合理预见的风险及益处、其他替代治疗方案、保密程度以及发生伤害时的赔偿方案。来源：https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/guide-informed-consent，2022年8月2日访问 

 

[19] 试验计划内容需要包括目的、研究设计描述、持续时间及随访时间表、纳/排标准、患者人口统计学、治疗方案、安全/有效性终点以及患者侧建议 

 

[20] 根据国家药品监督管理局医疗器械注册管理司药品稽查专员江德元于2019年8月1日国务院政策例行吹风会所述，实施创新医疗器械特别审批措施以来，进入这个通道注册的产品比同类其他产品的时限减少83天。载于http://www.gov.cn/zhengce/2019-08/01/content_5418020.htm，2022年8月2日访问 

 

[21] 李竹影，《美国出口管制概述》，http://www.tradeinvest.cn/information/7246/detail，2022年8月2日访问 

 

[22] 《被美国拉黑的611家中国公司（附完整清单）》，https://new.qq.com/omn/20211221/20211221A0E4TZ00.html，2022年8月2日访问 

 

[23] Request for Comments Concerning the Imposition of Export Controls on Certain Brain Computer Interface (BCI) Emerging Technology, https://public-inspection.federalregister.gov/2021-23256.pdf (last visited August 2nd,2022) 

 

[24] US Commerce Dept says China has brain-control weaponry, https://www.theregister.com/2021/12/17/the_department_of_commerce_said (last visited August 2nd,2022)