他们想用可穿戴脑机接口，赶走抑郁症“黑狗”

转自：中国科学报

今年3月，国家医保局正式发布《神经系统医疗服务价格项目立项指南》，其中专门为双向脑机接口新技术单独立项，设立了“非侵入式脑机接口适配费”和“无创神经刺激治疗费”等价格条目。这标志着脑机接口技术开始真正从实验室走入临床，为临床脑神经精神相关疾病诊断和治疗带来新的变革。

“脑机接口技术蕴含着治疗抑郁症新的希望。”北京大学第六医院（精神卫生研究所）研究员阎浩看到这条消息后，暗暗给自己打气：用类似新型设备探索抑郁症等疾病诊治的临床试验要加速了，“可做的事真不少”。

故事要从4年前的一通电话说起。

一拍即合，他们决定试试看

2021年刚入秋，阎浩接到了一通电话，来电人是自动化所研究员左年明。自动化所和北京大学第六医院有着多年的合作历史，左年明找上门，她并不意外。

“他说想要试试用脑机接口技术诊疗抑郁症。”阎浩告诉《中国科学报》，她第一反应是，这事儿已经不新鲜了，目前已有经颅电刺激、经颅磁刺激和深部脑刺激等干预手段用于临床治疗，不过之前这些技术只是外部设备对人脑的调控，并没有实现人脑与外部设备的双向通信，还并非严格意义上的“脑机接口”。

“最大的挑战是怎样在无创条件下，精准调控特定脑区，同时适应患者的个体化治疗需求。”阎浩说。

凭着对自动化所的了解，她知道，左年明不会无故找到自己。果然，听了他介绍的新技术，阎浩眼前一亮。

在领域已有各种调控手段之外，左年明的团队着重探索了另外一条技术路线：一款集成度更高、可穿戴的双向脑机接口设备。特别地，这款设备非常小巧，总重量只有不到200克。

左年明团队开发的可穿戴的双向脑机接口设备。

左年明告诉《中国科学报》，这项得到了国家重点项目特别资助的技术设备研发，目前还未见有国际同行有类似的成果报道。作为项目首席科学家，他希望这项持续多年的原创研发能尽快在临床上发光发热。

“我们团队从2018年就启动了相关研究。”左年明介绍说，这是一种无创、可穿戴式、双向脑机接口技术，患者佩戴对应设备后，基于片上计算功能，能够一站式实现对其脑神经活动的检测、识别和调控。更重要的是，这项技术在临床上无需传统的脑电帽及导电膏、“即戴即用”，小型化高度集成式的开发，让临床试验变得简单易操作。

阎浩被打动了。可穿戴的小型化设备，能够实现随时随地、随身的检测治疗，患者接受度更高，这正是临床试验乃至未来家庭或社区医院普及推广的关键。

她告诉《中国科学报》，无论是服药还是做心理干预，抑郁症患者常常因不能坚持治疗而贻误病情。而传统的脑电检测或调控设备，一方面体积大、设计复杂且需要配备脑电帽，而且大部分只有单一检测或调控的功能，所以也无法获得个体受试者的脑活动从而实现个体化闭环调控，非常限制其在临床上的应用。如何实现设备小型化、可穿戴、双向闭环，一直是个“大号拦路虎”。

“我们小型化、可穿戴的闭环设备，加上配套的电脑端或手机端软件，患者即便是租借设备、居家治疗，诊治数据也会（在患者授权后）自动传回医院，这将大大降低病人持续接受治疗的难度。”左年明说，“而且，与传统抗抑郁药物需要4至6周才能显现疗效相比，神经调控的起效时间可能会更具优势。”

两人一拍即合，决定试试这款设备在临床上的“成色”。

左年明正在测试设备。

想实现“不吃药治疗抑郁症”

抑郁症，是大家共同的敌人。

在牛津通识读本《抑郁症》一书的中译本序言中，中国科学院院士、北京大学第六医院院长陆林这样描述抑郁症：“请想象有一只黑狗，紧随在你的身边。它以摄取你的所有情绪为食，之后它长得越来越高、越来越大，让你难以摆脱它的纠缠……抑郁症就是这样一只黑狗。”

“它看似很常见，却是仅次于癌症的人类第二大杀手。”陆林称，根据世界卫生组织的估算，全球有超过3亿抑郁症患者，而根据2019年我国精神疾病的流行病学调查研究结果，抑郁症的终身患病率高达6.9%。不过，他也表示：“抑郁症就像心灵上的一场感冒，和其他疾病一样，是可以治愈的。”

“世界卫生组织预测抑郁症将在2030年成为全球社会负担最重的疾病，也是我们团队一直关注的临床应用问题。”左年明告诉《中国科学报》，他所在的研究团队对脑网络、脑功能有许多研究积累，随着脑机接口技术的发展，他们琢磨着让这些技术在应用上“向前走一步”。

左年明认真地跟记者说：“我们的设想是，快速、准确、客观地诊断抑郁症，让不吃药治疗也能抑郁症成为可能。”

抑郁症治疗不用药，可以，那就来点脑刺激——采用电流调控的方式治疗抑郁症等精神疾病，是神经科学与临床医学多年来的热点。但是，传统神经调控存在明显缺陷：调控方式主要根据医生的经验决定，包括调控的位置（靶区）及调控电流（幅值、频率、相位），缺乏个体化闭环调控方式，无法做到“对症下药”，这也是近年来国际临床医学同行呼吁的核心问题。

“我们结合团队前期在抑郁症脑网络机制方面的研究积累，提出了个体化闭环调控的想法。”左年明介绍说，同时得益于团队成员在电子技术、计算机、人工智能、脑科学等方面的交叉背景，他们研发了这款可穿戴的闭环调控设备。

所谓“闭环”，就是既能检测诊断、也能实时个体化治疗干预；体现在脑机接口设备上，就是同时兼具“控脑”和“脑控”两种功能。

左年明介绍道：“脑机接口设备将大脑与外设建立联系，可以实现脑与外部设备的信息交换。按照信息流的方向，可以分为‘脑控’和‘控脑’两类。其中‘脑控’实现了将脑信号解码给外部设备，‘控脑’则可以通过电、磁、声、光、热等手段，将物理能量写入大脑来干预神经元的活动，因此也叫神经调控。”他表示，大脑的神经元是个“积极分子”，会主动学习调整，通过电刺激等方式可以起到调节神经活动、改变认知行为的效果。相较于药物治疗，物理神经调控一般来说观察到的副作用更小。

而对于临床脑疾病应用来说，“双向”脑机接口有望实现抑郁症等疾病诊断“发现问题”到疾病治疗“解决问题”的完整闭环。

“个体化的闭环调控一定是接下来的发展趋势。”左年明说，他一直对基于脑机接口的检测诊断和物理治疗有很高期待，这也是他找到阎浩寻求临床合作的动因。

团队成员在调试设备。本文图片均由受访者提供

上临床，有好消息

毕竟是实验室开发的设备直接上临床，左年明认真地做了准备。

“因为是比较新的技术，北大六院也是国内精神疾病诊疗的标杆，所以临床伦理委员会审核非常严格。”左年明告诉《中国科学报》：“在临床伦理审批中，专家们除了关注设备的安全性，也很关心设备相比本领域已有类似设备的差异化优势。我们都详细呈现了相关的第三方检验报告，以及闭环调控相关的参数优势。”

在顺利通过伦理审查和获得临床试验许可后，接下来，就是“实战”检验了。

首先是抑郁症患者的检测识别。阎浩告诉记者，左年明团队提供的可穿戴脑机接口设备，能够在无创、无需导电膏（使用盐水电极）的快速穿戴条件下，准确判别就诊者是否为抑郁症患者，“准确率达到90%（以临床标准量表诊断为参照）”。

“目前它能够较好地区分健康人群和抑郁症患者。”阎浩说，从轻便型设备的角度出发，它的稳定性表现不错，“贵在能够保持数据采集的一致性”。

接下来，他们希望尝试对抑郁症患者进行临床分型及精准干预治疗。“精准分型能够帮助医生更准确地提供治疗，包括脑刺激这种物理调控。”阎浩说，“抑郁症患者的个体差异很大，精准分型将直接影响干预效果。”

在左年明这里，抑郁症患者的分类分型，其实就是“定量”——对脑信号的精准解码。

“脑信号解码算法，对信号的准确性和实时性都有较高要求，这是传统的脑机接口的难题，而基于我们可穿戴的设备会更难，因为信号通道少——最少配置是4通道或16通道。”左年明解释。

不过，尽管难，团队也在基于他们小型化设备的情感障碍，尤其是抑郁症诊断解码方面下足了功夫，过程中还采用了人工智能技术，并形成了系列学术论文及技术发明专利。

但这方面的工作面临的情况仍然复杂。阎浩告诉记者，包括抑郁症在内的情感障碍发生后，影响的是多个脑区；加之个体之间的差异，分类分型要照顾到的方面较多；而且即便是同一患者，在不同时间段、不同环境、不同情绪条件下测试，得到的结果也有所不同。

这些问题的存在，让他们的临床试验难以尽快走向大样本。“在诊断判别、干预治疗这方面，我们还有许多工作要做。”阎浩说，另外，干预治疗由于需要一个周期才能评估疗效（一般是在持续两周以上；药物治疗的周期则一般为4~6周以上），采集大样本数据也比较困难。

但仍然有好消息。

“从目前已有的20多例完整随访样本来看，我们在常规用药基础上叠加调控，其效果比单纯同样用药的效果要好很多，已经超过了统计显著性，这些初步结果给了我们很大的信心。”左年明说。

他告诉记者，如今，他们正扩大研究，在全国近十家医院进行更大样本的采集，一方面想验证该诊断和个体化闭环调控方案的广泛有效性，同时探索是否有更有效的个体化调控范式能更有效地治疗抑郁症。

“这可能需要用到基于个体化脑功能数据的数字孪生脑建模方式，以进行脑网络动态变化仿真计算评估。”左年明展望道。