来源：生命科学前沿
近年来，植入式脑机接口（iBCIs）技术在多个方面取得了显著进展。这些进展包括对电极设计和材料组成的改进，以及信号处理和解码算法的提升。例如，Precision Neuroscience公司宣布在人脑上成功放置了4096个电极，这在技术上是一个重要的里程碑，因为它提高了大脑与外界传输数据的效率，即所谓的“带宽”。此外，Neuralink公司也在iBCIs领域取得了进展，尽管面临一些挑战，如在首次人体植入后出现的并发症，但这些挑战也推动了技术的进一步发展和改进。在临床应用方面，iBCIs技术已经开始帮助那些因脊髓损伤、中风或肌萎缩侧索硬化症等疾病而失去运动能力的患者。例如，通过使用iBCIs技术，研究人员已经能够帮助猴子恢复行走能力，并且在人类患者中也有类似的尝试和进展。此外，iBCIs技术还被用于功能替代，如通过捕捉语言皮层的脑电信号来实现语音合成和意念打字，为失去语言能力的患者提供了一种新的沟通方式。
尽管iBCIs技术取得了显著的进展，但仍面临一些关键挑战，包括如何构建长期稳定的神经界面、实现高质量的信号采集和神经调控。此外，还需要解决与患者和制造商之间可能存在的伦理隐私安全问题。为了克服这些挑战，研究人员正在探索新的材料和设计，以提高电极的生物相容性和信号的稳定性，并在信号处理和解码算法方面进行创新。
目前还没有一个集中的全球iBCI信息库来识别研究小组、临床试验、参与者人群或使用的电极。这限制了分析临床试验过去和现在的进展，以指导和引导未来iBCI的研究、转化和实施。为了填补这一空白，休斯敦大学Jose L. Contreras-Vidal和K. Michelle Patrick-Krueger等人搜集并整合了从1998年到2023年间所有已知的植入式脑-计算机界面（iBCIs）的临床试验信息。他们从多个数据源搜集信息，包括PubMed、ClinicalTrials.gov数据库、研究小组网站、Google Scholar和ORCID档案等，以确保信息的全面性。作者整理了21个研究小组和67名参与者的临床试验信息，分析了iBCIs在电极设计、材料组成、信号处理、机器学习和深度学习算法等方面的最新进展，并讨论了长期植入电极的有效性挑战。相关工作以“The state of clinical trials of implantable brain–computer interfaces”为题发表在《Nature Reviews Bioengineering》上。
【主要内容】
图1 iBCIs的发展历程的时间线时间线分为两个时代：早期（1998-2013年）和BRAIN时代（2014-2023年），以突出显示BRAIN倡议和人类大脑项目对iBCIs研究的推动作用。图中详细记录了每年的植入情况，包括植入的电极类型和数量，以及与这些植入相关的性能改进。图中还特别标注了关键的研究进展，如首次人类长期iBCI植入、首次无线光标控制演示、首次机器人手部开合控制，以及首次通过iBCI实现的感觉反馈等。
图2 系统性的知识整合图，展示了所有已知的iBCI参与者、他们的植入原因、使用的电极阵列和研究小组的详细信息该图的目的是提供一个全面的视角，以评估iBCI领域的现状，包括参与者的多样性、电极技术的使用和研究小组的地理分布。首先按研究小组组织，然后按植入日期排序，为每个参与者提供一行信息，包括植入年份、参与月份和参与者的植入原因。图的左侧详细列出了参与者的年龄、性别以及基于发表作品、演讲或与相应研究小组的沟通确定的实验类型（如沟通、运动控制或感觉）。还展示了不同电极类型在参与者中的分布，参与者的性别和年龄分布，以及按植入原因分类的参与者信息。
图3 不同电极类型在iBCI临床试验中的参与时长图中展示了从早期时代到BRAIN时代的参与者每月的参与情况。使用不同颜色区分了早期时代和BRAIN时代的完成和正在进行的试验，以及不同电极类型的参与者，如神经营养电极（NTE）、微电极阵列（MEA）、皮层电图（ECoG）和血管内阵列（EVA）。图中的每个条形代表一个参与者的参与月数，颜色深浅表示试验的完成状态，浅色表示已完成，深色表示正在进行。此外，图中还突出显示了每种电极类型的平均参与时长，以及目前仍在进行试验的参与者的平均参与时长。这些数据不仅揭示了不同电极在长期植入中的性能和耐用性，还反映了iBCI技术随时间的演变和改进。
图4 已发表的关于植入式脑机接口的数据摘要图中展示了不同任务的出版物数量和参与者数量，以及这些任务的性能指标。这些任务包括运动控制、通信、功能性电刺激（FES）和机器人辅助设备控制等。每个任务的性能通过成功率、准确率、每分钟正确点击数（CCPM）、每分钟单词数和错误率等指标来衡量。图表的右侧是水平箱线图，显示了所有包含数值的任务性能结果。这些数据不仅展示了iBCI系统在不同应用中的表现，还反映了参与者在使用iBCI系统时的体验和进步。通过这种综合分析，研究人员可以更好地理解iBCI技术的实际效果，以及如何改进算法和设备设计以提高用户体验。
【全文总结】
这篇文章通过综合分析1998年至2023年间的临床试验数据，全面回顾了植入式脑-计算机界面（iBCIs）的研究进展。文章涵盖了技术发展、参与者多样性、数据共享和伦理挑战等方面，强调了建立全球iBCI信息库的重要性。研究结果旨在为未来的研究、技术创新和政策制定提供指导，推动iBCIs技术的发展，以帮助恢复或改善因疾病或伤害而失去运动能力的人的生活质量。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s44222-024-00239-5
