赵继宗院士、段峰教授团队 近日在神经介入专科影响力最高的国际期刊Journal of NeuroInterventional Surgery 《JNIS》上发表文章，血管内介入技术实现的微侵袭脑机接口，详细综述和比较了目前血管内脑机接口的现状，分析了局限性并提出了展望。

脑机接口（BCI）可以作为大脑活动和外部设备（通常是计算机或机器人肢体）之间的直接通信渠道。截至目前，BCI的概念可涵盖脑电图（EEG）等非侵入性方法、皮层脑电图 ( ECoG ) 和血管内介入技术等部分侵入性方法，以及涉及微电极阵列和深部脑刺激 (DBS) 的侵入性方法，其侵袭程度取决于电极与脑组织的距离。

目前，不少患者因脑部疾病后遗症而长期卧床不起或无法进行正常的生活，给家庭和社会都带来了沉重的负担。目前常用的治疗方式主要包括物理康复、生物反馈等外周治疗，直接对患者大脑进行干预的治疗选择仍十分有限。

随着技术进步，颅内电极记录或刺激越来越多地用于治疗癫痫、抑郁症和运动障碍等疾病。通过脑机接口，使用侵入性或非侵入性技术捕获源自大脑神经活动的电信号的变化。无论是侵入式还是非侵入式，收集到的皮质或深层信号都可以控制外部设备以实现预期输出，而神经反馈刺激可以增强大脑反应能力，进而改善患者运动或语言功能。因此，探索新技术来定位、识别和解码脑电活动背后的意图，并随后在外部设备的帮助下执行它们，对于疾病的诊断、治疗和对人类意识的理解具有重要意义。

本专题综述旨在概述血管内BCI与传统BCI相比下的优势，以及现有研究关注的特定解剖区域。鉴于血管内介入神经外科的快速发展，我们还回顾了相关正在进行的临床试验的最新信息以及血管内电极的研究前景。

信号记录方面，语言生成和运动功能是主要研究方向。传统的侵入性电极放置方法（如ECoG和 SEEG）会带来一系列并发症，例如血肿、感染和血脑屏障破坏。此外，这些方法不适合大面积覆盖脑区，限制了神经信号的收集范围。长期植入电极可能会导致疤痕、感染甚至癫痫等问题。EEG虽然侵入性较小，但不足以测量深层皮层和大脑深部的神经信号，而且其灵敏度也有限。这些传统BCI途径有助于在外部设备和大脑之间建立连接，然而临床应用时需在侵入性与信号分辨率二者间进行权衡（图1）。

容易被忽视的是，大脑中本就存在一条预先存在的通路——血管系统。血管内介入技术比开放手术方法的侵入性要小得多，因此极大的缩短了恢复时间，并大大减少了感染的可能性。此外，中枢和周围神经系统内的许多有价值的靶标位于血管结构附近。通过动脉或静脉途径将电治疗装置输送到这些目标可能会提供一种更安全、更广泛适用的神经调节方法。

Nakase等人使用Seeker Lite-10导丝收集患者的颅内脑电图信号，表明其信号强度比从头皮脑电图获得的信号强2-5倍。他们还比较了硬膜下条状电极和放置在颈动脉中的血管内电极之间频繁的发作间期尖峰放电，也得到了相似的结果。同年，Stoeter等人在脑膜中动脉、基底动脉、大脑前动脉和大脑中动脉中进行了超选择性血管内介入手术，发现信号比同时颅外记录获得的信号强2-4倍。在部分癫痫患者中，即使EEG没有明显异常，也能在相应部位的血管内电极信号上显示出明显的癫痫样异常。具体靶点详见表1。

然而，这些研究缺乏可靠的初步动物实验，且利用现有的介入导管耗材，给血管内记录的进一步研究带来了挑战。2018年，Oxley等人建立了羊血管内神经记录模型（Stentrode电极），并将Stentrode的信号质量与传统硬膜下和硬膜外电极进行比较，发现电极阵列之间的解码精度相当。通过将Stentrode放置在运动皮层附近的上矢状窦中，在外部刺激后引发左右头部运动。

虽然血管内神经信号采集为其他方法的许多局限性提供了解决方案，例如其较低的侵入性和到达大脑深处区域的能力，但大多数先前的实验主要是概念验证的努力，并且所使用的电极不是专门设计的。现有的收集策略已被证明不足以检测小的癫痫病灶或对特定的局部神经元放电进行研究。因此，研究人员深入研究优化电极尺寸、材料和信号解码。

为了将电极送到血管较窄且深部的大脑区域，Zhang等人设计了一种类似于“网”的记录设备。在大鼠模型中，该设备可以通过直径小于100μM的ICA分支。这种能力使电极能够记录大脑中动脉（MCA）和大脑前动脉（ACA）不同大脑区域的放电模式，覆盖皮层和嗅球。

尽管这些小血管很脆弱，但植入的装置并没有引起脑血流、大鼠行为或血脑屏障结构的实质性变化，也没有引发免疫反应。由于其紧凑的尺寸，该装置不仅证明能够记录局部场电位，而且还被证明能够记录单个神经元活动。这种非侵入性单神经元记录能力对于研究大脑深部区域（例如内侧颞叶）至关重要，该区域的活动不会在空间上聚集，只能在单神经元水平上被识别。

SWITCH研究是单中心、前瞻性的首次血管内BCI临床研究。这项研究评估了5名患有严重双侧上肢瘫痪的患者，并对他们进行了12个月的随访。其中四名患者患有肌萎缩侧索硬化症，一名患者患有原发性侧索硬化症。该研究于2019年5月27日开始，随访于2022年1月9日完成。该研究的主要安全终点是导致死亡率增加或永久性残疾的设备相关严重不良事件，次要终点包括血管闭塞和设备迁移。SWITCH研究证明了使用血管内BCI技术的早期安全性。

在这项研究发表之前，该公司还宣布启动COMMAND试验 (NCT05035823) 的患者招募，以评估Stentrode的安全性并探索定量疗效指标。该研究计划招募六名严重四肢瘫痪的患者。 2023年9月5日，该公司报告COMMAND试验已完成患者入组。

Tellitzky等人使用计算建模方法为脑深部刺激（DBS）的17个靶点进行了重建，并证明符合血管壁的环形电极在神经激活方面更有效。2020 年，Neudorfer等人通过研究DBS靶点与血管系统之间的神经解剖学关系，确定了六个适合血管内刺激的靶点：内侧前脑束（MFB，对应大脑后动脉）、伏隔核（NAcc，对应大脑前动脉）、齿状红核丘脑束（DRTT，对应小脑上动脉）、穹窿（对应大脑内静脉）、脚桥核（PPN，对应中脑外侧静脉）和胼胝体下扣带皮层（SCC，对应大脑前动脉）。经血管迷走神经刺激（VNS）是另一种引起越来越多关注的治疗方法。Nicolai等人通过实验猪发现电极可以有效的引起迷走神经刺激。然而，血管内迷走神经激活的阈值比直接刺激的阈值高出数倍，提示仍然需要对刺激电极的接触面积和几何形状进行优化。

值得注意的是，DBS 刺激目标通常与一系列高级运动、认知和情感功能相关，并且刺激的效果可能因不同疾病和个体而异。因此，在采用DBS治疗时，医疗专业人员必须根据每个患者的具体情况进行全面评估并制定个性化治疗方案。在神经系统疾病中，大脑网络表现出动态、非静态和高度个性化的特征，刺激的时机和刺激参数的实时调整可能是提高治疗效果的关键。因此，开发反应性闭环电刺激系统来满足动态、个性化的需求至关重要。电极阵列收集的脑电信号通过无线通信传输到云服务器进行处理和分析。使用人工智能算法根据收集的信号确定意图，然后反馈到内部设备以实现所需的闭环信号控制。 Opie等人报道了铂电极的刺激应用，表明了癫痫患者中实现血管内闭环刺激的可能性。