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      2016年，荷兰乌特勒支大学医学院神经科学家Nick Ramsay成功实施了全球首例渐冻症患者的脑机接口植入手术，受试者为一名肌萎缩侧索硬化症（ALS，俗称渐冻症）患者。这一突破性进展开启了脑机接口技术在临床应用的新纪元。时隔多年，该技术对渐冻症患者的实际疗效究竟如何？近期发表在《新英格兰医学杂志》（The New England Journal of Medicine）上的一项研究，首次系统报告了植入式脑机接口在渐冻症患者日常通讯中的长期使用效果，为评估该技术的临床应用价值提供了重要依据。

1.研究背景

    肌萎缩侧索硬化症（ALS，俗称渐冻症）患者常伴有严重的运动功能障碍和言语障碍，极大地影响其日常交流能力。目前的增强和辅助技术主要依赖于患者的残余肌肉活动，但在相当比例的晚期ALS患者中，由于运动功能的完全丧失，这类技术往往难以奏效。

    植入式脑机接口（BCI）技术有望通过直接解码大脑神经信号来实现通信控制，有望突破传统技术的局限性。然而，BCI系统在ALS患者疾病进展过程中能否维持长期稳定的通信性能，特别是在患者的疾病恶化后是否仍能有效运行，这些关键问题仍有待深入研究。因此，本研究首次系统报告了植入式脑机接口系统在晚期ALS患者居家环境中的使用频率和寿命。

2.研究概述

脑机接口的居家使用情况

    患者在植入设备7个月后开始在家中独立使用脑机接口进行交流。最初，该系统主要用于户外环境，以弥补眼球注视跟踪设备的不足。植入约2.5年后，由于进行性动眼肌损伤（图1A），患者逐渐减少使用眼球注视跟踪装置，转而更多地在室内使用脑机接口与家人和护理人员沟通（图1B）。到2019年秋季，她完全停止使用眼球注视跟踪装置。

    2020年9月，系统新增夜间模式功能，使患者能够在夜间可靠地呼叫护理人员。此后11个月内，患者每天使用该系统20至24小时，主要用于呼叫护理人员。进一步的交流通常通过嘴角的残余运动完成“是-否”回答（图1A），这是患者当时唯一能自主控制的动作。这种方式成为她的首选，因为她经常因角膜干燥和难以睁眼而视力受损，难以使用平板电脑上的拼写界面，且这种方式比通过脑机接口逐字选择更便捷。脑机接口系统使她能够主动发起交流，这在其他情况下是不可能的。

    然而，植入近6年后，患者使用脑机接口的频率开始下降。研究访问期间的评估显示，这种下降与点击命令准确性的降低一致（图1C）。此外，患者嘴角的残余运动逐渐变得不一致且难以解释（图1A），导致护理人员越来越难以判断她的呼叫是否出于有意。2022年10月，系统停止夜间使用，到2023年3月，脑机接口完全停用。此后几个月内，患者完全丧失了嘴角运动能力（图1A），进入完全闭锁状态。

图1 居家使用的植入式脑机接口

神经电生理和影像学的纵向评估

    在基线测量中，电极对E2-E3的低频和高频波段的功率在植入后的前12个月急剧下降，在随后的几年出现缓慢的、明显的线性下降。此外，在手部运动和感觉任务中，低频波段和高频波段功率的变化幅度也随时间呈线性下降。尽管存在这种振幅下降，神经信号与静息-运动任务在植入后5年仍存在很强的相关性，在此之后也线性下降，直到第8年相关性趋于0；而神经信号与静息-感觉任务的相关性直到脑机接口设备停用前仍维持在较高水平。同时，阻抗测量结果显示，E2-E3电极阻抗在植入后上半年内有所增加，之后呈线性下降；E10-E12电极在2020年9月的置换手术后的阻抗也出现了下降。

    与第一次CT（2015年评估）相比，第二次CT（2023年评估）的脑室明显增大，脑组织体积减少（图2B和2C）。除枕叶外，脑组织体积与脑组织和脑脊液体积的比例均显著下降。尤其在整个右半球，这一比率共降低了0.13，从0.85降低到0.72，大大超过了健康人与衰老相关的平均降低0.03。

电极对阻抗和CT扫描的脑组织切片

系统失效的潜在原因

    在脑机接口系统植入大约6年后，性能下降应该考虑几个原因：

    首先，直到停用前，神经信号与静息-感觉任务仍存在高相关性，而神经信号与静息-运动任务的相关性已趋近于0，这使得硬件问题不太可能。

    其次，值得注意的是，阻抗的缓慢纵向下降与低频段和高频频段功率的基线振幅的逐渐衰减相吻合。依据CT扫描的结果，由于ALS引起的进行性脑萎缩，额叶和顶叶的脑体积减小，使得皮质表面和附着在颅骨上的电极条的距离逐渐增大。值得注意的是，植入后最初几个月阻抗的上升和同时低频和高频波段基线功率的下降很可能与局部组织反应和电极封装有关，但不影响设备的性能。

    最后，神经信号与运动、感觉任务间相关性的变化差异表明，ALS的进展使患者越来越难以在感觉运动皮层中持续和可靠地主动产生神经信号的变化，可能是由于维持注意力的能力或认知能力下降。此外，这种困难也可能是由于与ALS相关的感觉运动皮层的神经元变性。

3.研究意义

    本研究首次系统报告了植入式脑机接口系统在晚期ALS患者居家环境中的使用频率和寿命，为评估该技术在改善严重运动功能障碍患者生活质量方面的临床应用价值提供了重要依据。

内容来源：Longevity of a Brain–Computer Interface  for Amyotrophic Lateral Sclerosis | The New England Journal of Medicine 2024