与非植入式脑机接口（BCI）相比，植入式BCI可通过微电极的细胞外记录检测单个神经元的信号，植入的微电极越多，采集到的神经元就信号就越多，对应的空间和时间分辨率就越高，能够实现精确的神经元解码和高效控制，因而已被用于各种系统以恢复严重运动功能障碍患者的运动能力，但其实现效果很大程度上有赖于植入手术过程精确的导航系统，而这一程序仍存在很大的进步空间。近期，来自浙江大学医学院的蒋鸿杰团队首次报导了机器人导航系统辅助瘫痪患者BCI植入的成功案例，其中微电极阵列的植入在机器人指导下进行，利用气动装置提供了一个更稳定的操作条件，并且能够实现高信噪比的信号传导，还避免了植入手术中容易出现的神经组织损伤和出血。
图1 机器人导航系统的功能原理，包括图像模式的协同配准和植入位点的确定
图2 fMRI显示运动想象的成像位置并通过立体定向图像引导位置。植入型BCI病例的切口设计是两个独立的直切口。在机器人导航系统的辅助下，将两组微电极阵列植入左初级运动皮层。术后CT和MRI联合记录确认了这两个阵列的确切位置
手术中，通过功能磁共振（fMRI）和立体定向图像引导来确定与运动想象有关的皮质位置，从而确定微电极的放置。在患者进行运动想象任务时，根据fMRI和结构MRI，校准了两个适当的植入位置，分别对应于手的抓握和上肢运动。患者在机器人导航系统Sinovation的辅助下进行了微电极植入手术，手术过程中通过气动装置（固定在机器人上）将微电极阵列打入皮层，保证了精确和稳定的植入过程，另外，该手术中患者头部被做了一个双侧切口，以确保连接器在颅骨上单独固定，避免了以往将连接器直接放在额顶叶的上方可能导致的较高的感染风险和愈合不良，手术结束后，通过计算机断层成像和术前MRI对比确认这两个阵列和连接器的确切位置，术后第一天就能识别出可靠的神经信号。
而在植入后，可记录信号的神经元数量随着时间的延长而逐渐增加，且信号强烈，达到稳定状态后，总体记录的神经元数量相对保持不变。术后90天，可记录的神经元数量从166个增加到约200个，并维持了很长一段时间，经过连续的BCI训练，患者能够在三维方向控制假肢的运动，且在1年的随访中没有任何并发症。
图3 被记录神经元的信号，记录的神经元总数相对稳定，但由于大脑中电极的微小运动和脑组织对电极的反应，单个通道记录的神经元数量每天都可能发生微小变化。
目前，植入式BCI还缺乏标准化的手术指南。作为首个机器人导航系统成功辅助BCI植入的病例报告，不仅强调了稳定和准确的外科技术的实用性，还为植入式BCI手术的标准化流程和技术指南提供了有力的临床参考，两个切口的设计也为传统的植入式手术带来了更优化的方案选择，总之，机器人导航系统在植入式BCI手术中的应用大大提高了手术效率和术后恢复，提高了植入式BCI在精确控制和恢复运动功能中的辅助效果。
参考资料：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00701-022-05235-5
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