2024年初，SpaceX與Tesla創辦人Elon Musk發表了一例癱瘓患者植入AI晶片，使用意念控制裝置的案例，使得腦機介面（BCI）再度成為公眾關注的焦點。然而，手術的侵入性及其後遺症等風險也成為令人擔憂的議題。
由國立陽明交通大學電機與控制工程研究所教授暨數位醫學與智慧醫療研究中心副主任柯立偉教授領導的團隊，則提供了另一種發展路徑，研發出整合石墨烯/GO乾電極腦電波（EEG）感測器、AI算法及深度學習核心技術的可穿戴無線BCI裝置。該裝置已成功應用於中風患者下肢神經復健、兒童注意力缺陷多動症（ADHD）輔助診斷、改善睡眠品質系統以及偵測偏頭痛並提供神經刺激協助治療的智慧系統等領域。
服務真正需要的人群
在2009年上映的科幻電影《阿凡達》中，癱瘓的主角透過腦波與意念，利用神經網絡連接技術即時遠端控制名為「阿凡達」的納美人類混合體，這個情景可以說是腦機介面（BCI）研究的初衷與最終目標的寫照。
柯教授表示，BCI研究起源於1990年代，是神經科學中的新興研究領域。研究人員最初希望幫助從頸部以下癱瘓的患者與外界溝通，透過捕捉腦部信號並將其轉化為行動指令，例如點擊按鈕（如打字）甚至操控義肢等設備。BCI設備一般分為侵入式BCI（如手術將電極直接植入皮層）與非侵入式BCI，根據捕捉腦部信號的方式而有所不同。柯教授指出，他在攻讀博士學位期間，便已開始研究可穿戴BCI設備在疲勞偵測和駕駛防困上的應用，而當時全球在可穿戴BCI設備相關研究上還屬少數案例。「2010年可以說是BCI研究的分水嶺，研究論文的數量大幅增加。我於2007年博士畢業，恰好趕上這個領域的爆發期！」
「2023年，我們團隊調查了全球的可穿戴BCI設備，大多數是美國公司的研發產品，而中國在這方面也快速發展。然而，市面上大多數設備僅是腦波測量裝置，並未涉及後續的數據分析與應用。我們現在則將腦波信號的測量、分析和控制功能整合至智慧醫療應用系統中。我們已從駕駛防困的消費應用轉向智慧醫療研究，因為我相信BCI技術應該服務於真正需要它的人！」柯教授語重心長地說。
乾電極技術突破瓶頸
在傳統的腦波檢測中，需在受試者頭皮上塗抹黏著導電膠，以固定電極貼片，但複雜的信號傳輸線以及測量環境的干擾限制了可穿戴BCI設備在日常家居生活中的應用。柯力維教授的團隊利用專利石墨烯/GO乾電極技術，僅需電極直接接觸頭皮即可測量腦波，無需使用導電膠，減少了受試者的排斥感。加上無線傳輸技術，大大提升了測量的便利性。
這項技術瓶頸的突破，使得BCI設備在醫療領域的應用範圍大大擴展。例如，柯教授的團隊與高雄醫學大學附設中和紀念醫院復健醫學科合作，開發了「中風復健外骨骼BCI系統」。該系統僅需患者進行2-3次專注訓練，即可學習如何用意念直覺地操控外骨骼，實現中樞神經與周邊神經同步復健。相比之下，國外利用植入晶片控制外骨骼的研究需要至少24個月的訓練，因此，柯教授團隊的研發成果可謂中風患者及其家屬的一大福音。「我希望任何與神經相關的疾病，都能使用無線BCI設備進行診斷或治療。」柯教授接著分享一項與陽明交通大學醫學院院長暨台北榮總主任醫師王淑娟合作的研發案例——「偏頭痛偵測與神經刺激輔助治療智慧系統」，該系統於2021年榮獲未來科技獎。
「根據王主任的研究，台灣約有150萬人患有偏頭痛，多集中於年輕的勞動力人口中，因偏頭痛導致的缺勤經濟損失每年估計高達新台幣4.6億元（約合1438萬美元）！我們希望未來偏頭痛的偵測能像血壓測量一樣簡單。患者在家即可使用無線BCI設備，只要在偏頭痛發作前偵測到特定的腦波信號，即可提醒患者提前服藥，以抑制即將到來的偏頭痛。我們的目標是能夠在偏頭痛發作前8至24小時發出警示，類似於高血壓患者在感到頭暈時提前服用降壓藥的概念。」柯教授解釋道。
早期診斷，早期治療
「如果同時開啟太多的網頁，電腦運行速度就會變慢，同樣地，當大腦的壓力過大超過負荷時，會以『疼痛』來提醒你。部分人會利用睡眠來『重置』大腦，這是一種保護機制。我們也在嘗試利用無線BCI設備來偵測睡眠品質，評估工作效率與壓力指數變化之間的關係。團隊還證明薰衣草精油能促進夜間的深層睡眠和慢波發生，有效提升睡眠品質。」柯教授補充道。
根據衛福部資料，ADHD（注意力缺陷過動症）是一種腦部生理異常疾病，ADHD兒童的大腦發展在某些區域平均比正常兒童延遲三年。台灣ADHD的盛行率為9.02%，但僅有1.62%的患者獲得診斷，導致70%的兒童無法獲得適當治療與協助，進而增加焦慮、憂鬱及學習障礙等七項共病的風險。為協助ADHD兒童進行早期診斷與治療，柯教授團隊與新竹東元綜合醫院、高雄長庚紀念醫院合作開發了「智能ADHD早期預警平台」，協助臨床醫師進行ADHD診斷，其準確率高達95%。
「我們讓兒童佩戴測試設備來進行研究團隊設計的『遊戲化注意力測試』，同時分析其腦波變化，以判定其是否有過動傾向，這可以將傳統需三個月的診斷過程縮短至一個月。」柯教授強調。柯教授指出，「在過去的幾年中，台灣已從『腦科學』邁向『腦科技』，強調傳統科研需進行本地化商業化。」他還認為，在台灣的研究機構中，陽明交通大學相對務實，並且擅長推動研究成果的本地化商業轉化。陽明交通大學在晶片開發及電路系統的小型化等ICT技術領域擁有卓越的研發能力，這為未來持續改進可穿戴無線BCI設備奠定了堅實的基礎。
未來，研究團隊不僅將持續研發更加省電、輕便和小型化的設備，還計畫儘快取得台灣醫療器材認證。此計畫旨在整合陽明交通大學的ICT研發優勢，並參與國家科學技術委員會（NSTC）的「台灣晶片產業創新計畫」（Taiwan CbI），以不斷強化AI晶片的計算功能，協助台灣成為BCI與智慧醫療研究和創新的全球領導者。
