搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第21期，对话上海交通大学医学院附属瑞金医院广慈教授吕宝粮。

嘉宾简介：

(相关资料图)

吕宝粮，上海交通大学计算机科学与工程系二级教授、上海交通大学医学院附属瑞金医院广慈教授、博士生导师、IEEE Fellow。现任上海交通大学智能交互与认知工程上海高校重点实验室主任、上海交通大学清源研究院执行院长、上海交通大学医学院附属瑞金医院脑病中心-米哈游联合实验室主任和上海零唯一思科技有限公司创始人兼首席科学家。主要研究领域包括仿脑计算理论与模型、深度学习、情感智能和情感脑机接口。

划重点：

1. 现在“脑起搏器”中的电极插进去既可以对大脑核团产生刺激，又可以把核团的神经信号传输出来，是一种标准的侵入式脑机接口。

2. 脑机接口不是操纵情绪的工具，由患者自身可调节的范围比较小，不会产生很大的情绪波动。

3. 手术中插入的电极不会破坏脑区和血管，原理上没有后遗症。

4. 未来能否大规模普及要看患者观念能否转变、治愈率能否提高、医疗费用和设备价格能否降低。

5. 法律法规需要在技术发展的同时进行制定，根据发展中出现的问题进行规范。

出品 |搜狐科技

作者 |周锦童

现实世界中的人们通过插入连接器与母体系统进行链接，被控制的人脑就可以沉浸在母体的虚构世界中，这是著名科幻电影《黑客帝国》中的桥段。然而看似不切实际的想象，却是基于“脑机接口”技术的早期设想。

随着科技的飞速发展，脑机接口进入了快速的发展时期，应用领域也在逐步扩大，科技力量的加持使得科幻电影中的场景一步步变为现实。近期上海瑞金医院的“脑机接口治疗难治性抑郁症”已经获得初步成果。对此搜狐科技对话了上海交通大学医学院附属瑞金医院广慈教授吕宝粮。

他向搜狐科技介绍了他观摩这类手术的经历，“这个手术不需要开颅，是微创手术，需要把直径两毫米的电极插入到大脑深部的内囊前肢/腹侧纹状体，电极为白金材料，具有柔性且非常牢固，但是上述区域是一个比较小的核团，所以手术中要精准地插入电极难度比较大，需要很高的技术水平。”

当患者打开“体外开关”就可以操控“脑起搏器”让自己变得开心，谈及原理时吕宝粮表示：“这是因为脑起搏器通过电极在脑深部发出电脉冲信号，这些信号会给核团产生刺激，患者的情绪就会变好。但从神经科学的角度，真正的神经调节机制我们还不太清楚，只能说这样的刺激会激活这一区域一些神经元，使病人的症状变好。”

虽然这个手术目前患者抑郁症状平均改善了60%，但还有一些技术难点需要攻克。例如，脑起搏器刺激参数的个性化和优化。刺激参数包扩刺激强度、频率以及刺激模式等。抑郁症不同于帕金森病，刺激参数特别需要个性化，因为人的情绪变化每个人都不一样。就算是同一个人，在不同的场景和状态下，要对情绪进行调节也需要不同的刺激参数。目前刺激参数的设定还需要依靠医生的经验来实现，未来有望应用强化学习算法实现刺激参数的个性化和优化。”吕宝粮如是说。

而许多网友都表示脑机接口操纵情绪实在是非常可怕的事，对此，吕宝粮表示，“实际上并没有这么严重，可能大家有些误解了。刺激模式的切换应该有规范的操作规程，一般来说不会允许患者自己调节刺激参数，即便允许其可操控的范围也会比较小，以防止因参数的大幅变化引起患者情绪的大起大落。”

此外，手术预后情况和普及情况也是很多患者关注的首要问题。“这个手术从原理上讲是没有后遗症的。但未来能否大规模普及，我认为要考虑四个方面的因素：首先就是病人的观念能否转变，其次是治愈率能否提高，再者是国家是否可以提高公费医疗的比例，最后就是生产厂家能否降低脑起搏器的价格。”吕宝粮如是说。

在谈及目前脑机接口发展现状时，吕宝粮表示，国家非常重视这个方面的研究。“目前我国在国际上是脑机接口领域发表论文数目最多的国家，在算法方面我们也并不弱，但在硬件方面还需继续努力才能有所突破。”目前吕宝粮研究团队致力于开发基于非侵入式情感脑机接口的抑郁症客观评估系统，未来将会开发抑郁症治疗的数字疗法。

以下为对话实录（经编辑整理）：

搜狐科技：上海瑞金医院的“脑机接口治疗难治性抑郁症”已经获得初步成果。植入“脑起搏器”后，患者打开“体外开关”就能瞬间开心起来。您可否从科学角度解释一下其中的原理呢？

吕宝粮：脑起搏器的英文是DBS（deep brain stimulation），即脑深部电刺激。最早这个技术用于帕金森病的治疗，现在已经很成熟了，瑞金医院一年大概要做500例左右的帕金森手术。但帕金森病患者有一部分会并发抑郁，所以后来发现这项技术也可以治疗难治性抑郁症。在重性抑郁症患者中，大约有20%-30%属于难治性抑郁症，传统的药物治疗和物理治疗都没有良好的疗效。

目前抑郁症的病因和产生机制我们还没有搞清楚，因为情绪非常复杂，不能简单地说大脑的哪一个区域会产生影响，有可能是多个脑区共同作用的结果，所以现在只能大致知道哪些区域可以用DBS进行刺激。

我曾在瑞金医院观摩过DBS手术。对于神经外科医生来说，这个手术是一个微创手术，不需要开颅，只需要在头部打两个小洞，然后把像电线一样的电极插入到指定的核团。电极直径大约两毫米左右，它具有柔性且非常牢固，材料为白金，手术中需要把它插入到大脑深处。至于插入到哪个区域，目前全世界尚未有统一的标准，哪个区域效果最佳也尚无定论。

孙伯民主任的手术应该是将电极插入到内囊前肢/腹侧纹状体，该区域是一个很小的核团，大概只有两毫米大小。因为电极直径就只有两毫米，所以要精确地插入到给定的核团，需要很高的技术水平。

为什么一刺激就会变得开心，这是因为在脑深部，电极会发射电脉冲信号，这些电脉冲信号对核团进行刺激，情绪就会变好。但从神经科学的角度，真正的神经机制我们还不是很清楚，只能说这样的电刺激会激活这一区域的一些神经元，病人的症状会变好。

搜狐科技：和帕金森手术相比，脑机接口治疗难治性抑郁症的难点是什么呢？

吕宝粮：相对帕金森病来说，难治性抑郁症治疗的一个难点是刺激参数的个性化和优化。刺激参数包含了刺激强度、频率以及刺激模式等。刺激参数必须是个性化的，不能千篇一律地每个人都用同一个参数和模式。即便是同一个人，在工作、休息等不同环境时也需要不一样的参数。现在的方式可能比较简单，只需要进行模式的切换。未来的研究方向是希望对不同人和所处的不同环境进行自动调节。

搜狐科技：瑞金医院植入的“脑起搏器”就是大家所关注的“脑机接口”吗？

吕宝粮：旧的脑起搏器是单向的，即电极只能产生电刺激信号，但没有办法把电极周围的神经信号传递出来，所以这种设备一般不能称之为“脑机接口”。而现在孙主任使用的“脑起搏器”，电极插进去既可以产生电刺激信号，又可以把核团周围神经元变化的神经活动信号传输出来，这完全是双向的，是一种标准的侵入式脑机接口。

脑机接口有两大类，一类是运动脑机接口，一类是情感脑机接口。这个新型脑起搏器就是一个标准的情感脑机接口框架，在信号传出来以后就可以对情绪进行解码。目前孙主任使用的设备还没有情绪解码的功能，一旦能够实现精确的情绪解码，将会对刺激参数的个性化和优化提供重要的调节依据，从而大大提高治愈率。

搜狐科技：您觉得“脑机接口”在应用方面存在着哪些风险？这个手术会不会引发后遗症？

吕宝粮：至少到现在为止，像帕金森手术已经做了十几年了，从临床的结果看，没有发现有后遗症。插入的电极像电线一样，并不会破坏脑区，也不会破坏血管。如果以后不想使用，还可以把电极和脑起搏器取出来，并不影响患者的认知功能。当然做手术都是有风险的，出血感染也有可能，但从原理上讲是没有后遗症的，而且如果DBS治疗效果好就可以不用服药了。

搜狐科技：很多患者的关注点在于这个手术费用是怎样的？未来可能会大规模的普及使用吗？

吕宝粮：据我了解这个手术需要二十四、五万元，是很贵的。可能各个城市不一样，就上海来说大概80%是可以通过公费医疗报销的。像在美国也有各种保险，但是手术利用率还是比较低的，在美国大概只有5%的帕金森病人是通过DBS来治疗的。因为大家的观念没有改变，原来精神疾病大家都是去内科，认为不需要动手术，可以吃药或者是采用物理治疗或心理治疗，患者很难接受手术治疗的方案。

但是也不是说抑郁症都可以用DBS治疗，这种治疗方案主要是针对难治性抑郁症。简单地说，所谓难治性抑郁症是指药物治疗和物理治疗都不见效的一类重性抑郁症，大概占到重性抑郁症患者的20%-30%。

未来会不会普及，我认为有四个影响因素：首要的是病人的观念，并不是动手术就很危险或没必要，这个需要进行科普。第二是要提高治愈率和治疗技术的稳定性。第三是设备价格要降低，虽然费用报销80%，但对于很多家庭来说还是很贵的，这可能需要国家来发力，在设备价格没有降下来之前提高公费医疗比例。最后就是看生产厂家能不能把脑起搏器的价格降下来。

搜狐科技：这些患者植入了脑起搏器后就可以通过程序来控制情绪，有网友觉得这是一件非常可怕的事情，自己好像被控制了，对此您怎么看？

吕宝粮：实际上并没有这么严重，可能大家有些误解了。刺激模式的切换应该有规范的操作规程，一般来说不会允许患者自己调节刺激参数，即便允许其可操控的范围也会比较小，以防止因参数的大幅变化引起患者情绪的大起大落。

未来需要把人工智能技术结合进去，以获得最佳刺激参数，可能就不需要病人自己来调节了，系统会根据患者当前的情绪状态进行自动调整。比如说患者现在很开心，那么刺激就不需要那么强烈，但是当患者情绪低沉郁闷的时候，可能系统就会自动切换刺激模式或加大刺激强度。这是我们目前正在开展的一项研究，通过可穿戴脑电采集设备，自动识别患者的情绪状态，然后把这个情绪状态信号发送给脑起搏器。

搜狐科技：您觉得目前我国脑机接口技术的发展状况如何呢？已经开展了哪些研究呢？

吕宝粮：实际上国家非常重视脑机接口的基础研究与技术开发，去年国家启动的2030脑计划就有多个脑机接口相关的研究项目。今年七月三日在天津召开的首届全国脑机接口大会上，脑机接口联盟提出了脑机接口的十大科学问题，其中的一个科学问题就是如何基于脑机接口实现情感障碍疾病的有效治疗。

目前我们国家在国际上发表脑机接口相关的论文数量是最多的，在算法方面也并不弱，但在硬件仪器设备方面，我们还有些不足，因为这涉及到材料和加工工艺等很多技术，所以在这方面还需要继续努力。目前国内有两家企业在DBS方面做的非常好，一家是苏州景昱，另一家是北京品驰。

搜狐科技：未来脑机接口技术的发展方向在哪？有哪些应用前景？

吕宝粮：脑机接口的应用场景非常多。例如，我们正在开发的基于多模态情感脑机接口的抑郁症客观评估设备，情绪“X”光机，就是情感脑机接口在情感障碍疾病诊断中的一个典型的应用场景。

目前抑郁症的诊断，医生主要是靠量表和经验来判断，没有生物标记物，不像高血压或糖尿病那样可以根据一个具体的数值来诊断。我们开发的情绪“X”光机就是要实现抑郁症的客观评估，而不是靠医生的经验或量表。我认为情感障碍疾病的诊断应该存在生物标记物，只是这类生物标记物可能是多模态的、个性化的，而且也是随时间变化的。

随着生物标记物的不断发现，未来情感障碍疾病的诊断将不需要根据医生的经验和量表，而是以生物标记物作为金标准。在情绪“X”光机开发的基础上，我们将开发抑郁症治疗的数字疗法，进一步将VR、AR和大模型与脑机接口结合起来，从而实现客观诊断与数字疗法的闭环。此外，脑卒中导致的语言功能障碍和运动功能障碍都可以应用脑机接口技术构建更高效的主动康复系统。

搜狐科技：您觉得这个手术会不会涉及到一些伦理问题呢？目前我国有无相关法律进行规范呢？

吕宝粮：在伦理方面，法律法规是需要在技术发展的同时进行制定，不能说一开始就限定的很死，那科学技术就无法发展了。新的技术在发展过程中会出现各种各样的问题，可以根据问题的不同来进行规范。比如说侵入式脑机接口，可以限制它只能应用于疾病的治疗，而不能向健康人开放。

责任编辑：