Ability Neurotech 在德国启动光学脑机接口术中研究

多年来，脑机接口（BCI）一直承诺帮助重度瘫痪患者实现交流。这项技术仍处于实验阶段，但越来越多的研究机构和公司，如Neuralink和Synchron，目前正在人体临床试验中测试这些设备。总部位于日内瓦的Ability Neurotech是最新加入这一行列的公司，正着手将其光学BCI从手术期间的短暂测试推进到临床试验中的数月长期使用。

上个月，该公司在德国启动了一项术中研究，在20至30分钟的短暂会话中记录接受脑肿瘤手术患者的神经信号。这项正在进行的研究的后续阶段将使用该设备，在最多五名清醒患者执行言语和运动任务时记录其大脑活动。

另一项计划于2026年底在荷兰开展的长期临床试验也将在更长的时间内测试该系统。作为旨在开发帮助瘫痪患者恢复言语的BCI项目的一部分，乌得勒支大学医学中心正在招募参与者参加一项为期一年的研究，肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者将在该研究中接受植入物，在家中用它进行训练，并接受反复的脑信号记录。

用光传输大脑数据

Ability的系统在几个关键方面与许多其他实验性BCI不同。其一，该植入物使用放置在大脑表面的皮层脑电图（ECoG）电极阵列——这与其他将穿透式电极置入脑组织内的BCI设计有所不同。它可以同时监测来自128个独立通道的神经信号，每秒对每个通道采样30,000次，从而捕获高度详细的大脑活动记录。

与无线电子设备通常使用的射频传输方式不同，该植入物使用基于红外激光的光学链路，以高达每秒50兆比特的速度透过皮肤传输大脑数据。数据由外部头戴设备接收，并发送到单独处理器进行解码。该可穿戴设备还通过感应方式为植入物无线供电，从而无需使用最终可能需要更换的内部电池。

Ability Neurotech首席执行官Rotem Kopel表示，公司在选择光学链路之前评估了多种处理大数据流的方式。目标是直接从植入物获取原始记录，而不先对其进行缩减。Ability在传输前不对数据进行降采样或压缩，而是将解码和处理留给体外设备完成。

加州大学戴维斯分校神经假体实验室项目科学家Maitreyee Wairagkar表示，这些额外信息在解码中可能很有价值。她说，Ability将无电池设计与光学链路相结合，“对于长期ECoG记录来说听起来非常有前景”。

“通过传输保留原始神经数据中可用的信息，对解码也很有用，因为宝贵的数据不会因传输限制而丢失，”Wairagkar说。“我认为这是纵向BCI使用的正确重点，因为它为神经特征提取提供了灵活性，这有助于提升解码性能。”

Ability 并非唯一追求高带宽无线传输的公司。Wairagkar 表示，其他完全可植入的脑机接口，包括 ECoG 和穿透电极设计，也采用类似的高带宽架构，其中一些超过 50 Mb/s。

“无线植入式脑机接口仍处于早期阶段，我们看到多项新的临床试验正在使用这些设备进行，这些设备在通道数、信噪比和数据传输速率方面能力各异，这将决定它们的性能、功能和长期实用性，”Wairagkar 说。

Ability Neurotech 的脑机接口在德国的一次脑部手术中进行了测试，这是该公司首次涉及人类患者的研究。ABILITY Neurotech；慕尼黑工业大学

脑机接口的工程挑战

Kopel 表示，该植入物必须满足多项严格的工程约束，包括功率和温度限制。传输如此多的数据需要功率并产生热量，因此温度控制成为关键挑战。

工程师们还必须将电极连接布线到一个气密封装的外壳中，该外壳旨在防止湿气接触电子元件。光学链路必须在不同厚度的皮肤、血管和头发中工作，并容忍与外部头戴设备的不完美对准。

Kopel 表示，这项技术花了大约 10 年时间开发，设计最终确定后又进行了大约 18 个月的台架、耐久性及其他验证测试。

即将进行的研究将在更长时间内测试这些工程选择。Kopel 表示，公司首先将评估植入手术以及设备的安全性和性能。下一个目标是测试参与者能否使用该设备控制计算机，随后是语音解码——将大脑活动中的预期语音实时转换为文字。

长期支持与耐久性

更严峻的考验在植入之后：在多年的日常生活中保持系统可用。软件需要更新，大脑信号可能随时间变化，患者可能在其制造公司变更或消失很久之后仍依赖植入物。

Wairagkar 表示，数年内的持续性能和解码准确性对于植入式脑机接口的长期使用至关重要。“软件挑战，例如维护和校准解码器以及更新用户应用程序，更容易解决，但重要的是从设备获得的底层信号质量要长期保持，”Wairagkar 说。

Wairagkar 表示，完全植入式无线系统已经避免了一个主要的耐久性问题：某些脑机接口使用的穿过皮肤的永久连接。消除这种连接可以降低感染风险，并有助于维护和日常使用。

长期支持还取决于植入物背后的公司。Kopel 表示，Ability 已通过与日内瓦非营利组织Wyss 生物与神经工程中心的关系为这种可能性做了规划，该技术在该公司2025 年分拆之前就是在这里开发的。据 Kopel 称，如果 Ability 停止运营，其知识产权和责任将归还给该中心。

Wairagkar表示，随着植入式脑机接口（BCI）日益普及，整个领域将需要更强大的系统来支持患者。各团队已在研究安全、可及性和可持续性相关问题。Wairagkar补充道：“随着该领域日趋成熟，需要建立相应的结构和政策，以支持植入式BCI的使用和部署，并为患者提供适当的服务。”