【生醫】神經科技加穿戴裝置突破醫療限制│人體感應器讓科幻片成真│台灣有醫療資訊業的優勢

【生醫】神經科技加穿戴裝置突破醫療限制│人體感應器讓科幻片成真│台灣有醫療資訊業的優勢

早安!

我現在正巧在復健科,邊排隊邊改文章。光在這小小的診所,就可看到巨大的科技反差。一方面,醫生可以精密的在膝蓋注射液體,讓我恢復靈活;另一方面,診所卻依賴列印、紙本行事曆與排隊運轉。

屢獲好評的生醫專題,本期由 Sharon 解密運動耳機如何藉由電擊大腦,提升運動效能。 龍骨王的陳誌睿則介紹植入腦中的「神經塵」(neural dust),可以直接在腦部激發訊號。而 Leslie 則從共享病歷服務,分析科技業是不是太驕傲、太不懂醫療業了?

-- 周欽華

今日主筆:口腔外科牙醫師 Sharon Shih,龍骨王公司執行長陳誌睿,TECHMOI International 營運顧問 Leslie Lee。預估閱讀 12 分鐘

生醫專題

神經科學公司 Halo Neuroscience 開發運動耳機,提高運動訓練效果
運動耳機 Halo Sport 的兩塊電擊板會釋放電流,刺激大腦皮層向肌肉發送更強的神經信號,增強運動員的力氣和爆發力。一般運動員疲憊時,大腦發送給肌肉的神經信號會削弱。而 Halo Sport 可刺激運動神經元,喚醒更多肌肉纖維運動。奧運選手 Mikel Thomas 和 Hafsatu Kamara 都曾使用 Halo Sport。Link

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Halo Spot 耳機刺激大腦皮層,活絡人體的運動神經元。圖:Halo Neuroscience

Sharon:


此次里約奧運,炫目科技成了新亮點。美國公司 Halo Neuroscience 開發的穿戴裝置 Halo Sport,更完美結合運動醫學與科技。

Halo Sport 外型像 Beats 耳機。其採取 40 年代醫界治療精神疾病的「經顱直流電刺激(tDCS)」原理,就像施與美國隊長的科技魔法。運動員配戴 Halo Sport 訓練時,裝置會釋放微弱直流電,刺激大腦皮質層管理運動的區塊。這理論上讓大腦可塑性(plasticity)爆發,生出更多神經迴路。原本運動員可能要重複動作一百次才會記住,用了電刺激,可能一次就能記住。另外,這也能增強運動神經元的連結和興奮性,激發更多肌肉纖維作功。因此運動員能有效率地使出「洪荒之力」,跑得更快、跳得更高。

人為控制大腦,強化運動表現

最早將腦科學應用於穿戴式裝置的先驅,為加州新創公司 Thync。它藉由頭帶裝置釋放電刺激,讓使用者能自主調控精神跟情緒狀態,減少對藥物、咖啡的依賴。當時吸引不少擁護者,產品效能在科技業內也頗受好評。然而公開販售時卻困難重重。「電擊大腦」的概念太前衛,多數人覺得毛骨悚然。同時也有專家質疑會引起「腦部神經迴路病變」。因此 Thync 公司仍處在風雨飄搖的存亡期。

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Thync 產品組,由左至右為額頭模組片、跨接片、app。圖:Thync

有趣的是,目前資料看來 Halo Neuroscience 除了用電刺激腦部區塊與 Thync 不同之外,並沒有太多創新;那麼 Halo Sport 如何撕除「偽科學」及「危險」的標籤,推展產品?

找運動員為產品安全背書

Halo Neuroscience 學習運動用品公司 Under Armour 早期行銷手法,找「專業但非明星」的運動員合作,如奧運滑雪選手、國家美式足球聯盟(NFL)與世界頂級運動訓練組織 Michael Johnson Performance 的專業運動員,讓他們配戴 Halo Sport 訓練。並將使用前後的表現數據化,讓人信服。而且當這些對身體最敏銳的運動員不斷重複告訴你「使用是安全的」、「它很有效」,大眾就更容易接受,甚至覺得很酷很潮。

這策略的確比提供 1,000 篇專業文獻,或請專業醫師背書還要親切,也更有說服力。從 Halo Sport 官網告示產品售罄,可見策略奏效。

定價過高、作弊?

但把時間軸拉長,卻有兩個隱憂:產品定價、體育道德。首先,Halo Sport 一副售價 749 美金(約 2 萬 4 千台幣),對不追求運動金牌的人來說太過昂貴。雖然意外開發了軍事、訓練機師等特殊單位的需求。然而是否為「鐵訂單」還要觀察。

另外,體壇強調比賽實力。可是「電刺激腦部強化運動神經回絡」和「以藥物來增加肌肉量、肌耐力」都是藉由外力影響生理表現。是否符合體育精神?而且用電刺激幾乎無從發覺。

屏除這些疑慮,「神經科技結合穿戴式裝置」的確是醫療應用的新方向。例如 Thync 產品功能涵蓋醒酒、治療創傷後壓力症候群(PTSD)和帕金森氏症。而 Halo Neuroscience 則致力治療因中風而癱瘓者。若這項科技成熟,更能減輕失能者照護所需的龐大金錢與精力。


加州大學柏克萊分校發明可植入人體的感應器「神經塵」
神經塵(neural dust)大小如沙粒,可植入體內並連結人體與電腦,且不需靠電線或電池供電。神經塵不僅能即時讀取身體器官的資訊,甚至能應用於義肢控制、癲癇治療等。研究團隊持續縮小尺寸,期待能植入大腦與中樞神經系統。Link

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可植入體內且不需靠電線或電池供電的感應器「神經塵」。圖片來源:UC Berkeley

陳誌睿:

在電影《駭客任務》裡,電腦母體營造出如烏托邦般美好的生活。主角 Neo 後腦杓插上一條電線,人腦與電腦母體就能溝通。而人類體驗的一切景致、感受和想法,都由母體幻化大腦中各種電流訊號而來。同時母體將人類大腦的生物電,作為存續能源。

這一切看似科幻,卻逐漸在科學上印證其可行性。這領域被稱為腦機介面(brain-computer interface)。

腦機介面發展難題

神經外科醫師把電極植入人體,偵測大腦神經元的電訊號,甚至發送電訊號刺激神經元以產生幻知覺的研究,已有 18 年歷史。但腦機介面技術的應用一直不普及,原因有二:

首先,過大的電極晶片植入腦、周邊神經元或肌肉纖維中,會損害組織。晶片接收到的資訊來源也會變得混淆不全。

其次,電極晶片需外接電線傳遞資訊。但電線的牽引不但會導致電極位置偏移,傷害到神經元;電極偏移也會讓接收到的資訊來源不正確。另外,想在大腦牽引電線,得在顱骨挖洞才行。但傷口持續外曝也會大幅增加感染機率。

而加州大學柏克萊分校研究學者自 2013 年起,發表了一整套解決方案。首先,他們將電極尺寸縮小到塵埃般的尺寸。並改以壓電晶體感應神經元、肌肉纖維電訊號,減少對組織的傷害。更重要的是,他們利用體外超音波的震動來供電,根絕了以電線連接植入電極的種種缺點。

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神經塵的超聲波系統可讀取身體器官的量測數據。圖片來源:UC Berkeley

目前該團隊正致力將「神經塵」晶片縮小到 50 微米(編按:1 百萬分之一公尺)立方,約人類頭髮厚度的一半。如此一來,神經外科醫師便可藉由微創手術,將神經塵放至大腦不同位置。而且晶片並可運作超過 10 年。這將改寫腦神經科學。研究者能隨時監控大腦神經元的活動,或者設定不同的放電模式,控制大腦的幻知覺。

神經塵將造福五大類病患

由於初期這類技術仍需進行腦部手術,風險較高,因此臨床應用會以失智、帕金森氏症、截肢/癱瘓、中風患者,以及全盲患者五大類疾病為主。

1. 失智症

大腦內的海馬迴(Hippocampus)負責短期記憶,失智症患者初期也從海馬迴開始損傷。因此若醫生能在發病初期,藉由神經塵讀取大腦記憶模組,甚至搭配放電治療,即可刺激病人海馬迴的記憶與固化功能,減緩失智症狀。

2. 帕金森氏症

帕金森氏症治療方式之一是深腦刺激(deep brain stimulation),即我先前提及的「插入電極板 → 接線路通電 → 電刺激」作法。醫生放電刺激大腦特定區域(視丘下核)治療帕金森氏症。神經塵是腦內嵌體,不需要外接線路供電;醫生將神經塵植入腦袋後,就能關起傷口。這將延長帕金森氏症患者的壽命。

3. 截肢與癱瘓

人控制肢體動作,是靠大腦的電訊號藉由腦髓傳遞到身體四肢。而截肢與癱瘓的病人很可能在此路徑上受到損傷。因此若是截肢病人,如果其腦髓完好,那麼就能將神經塵植入腦隨。若是癱瘓病人,很大機率是脊隨受損,那麼就必須將神經塵放入大腦。

植入的神經塵將負責接收大腦運動神經元或腦隨上的電訊號,並控制外部機器肢體(義肢)。如此一來,癱瘓截肢病人就有機會行動。

4. 中風患者

中風患者需藉由持續性的動作復健,刺激運動神經元增生,才能回復身體活動能力。急性、嚴重的中風患者,若能接受神經塵的刺激,正確而有效地促使神經元增生,將是患者的福音。因此我也考慮將這技術引入我的公司「龍骨王」的居家復健應用。

5. 全盲患者

全盲患者可能是眼球或視神經損傷。因此醫生可藉由神經塵來測試視神經,或是促使視覺皮質區產生腦內影像。

神經塵可望為臨床醫療開啟全新扉頁。但潘朵拉的盒子,除了盛裝食物之外,也帶來許多風險。

未來當神經塵的技術更為成熟,受植入者也將增加,神經塵的應用將逾越神的範疇。例如,人類獨一無二的靈性是否能被創造,甚至是捏造?人類很可能創造出人工大腦,並找出最完美的腦部放電組合。屆時,我們需要有更成熟的科學以及法規,避免人們沉溺於科技,而導致災難性的滅亡。


醫療資訊公司 PatientPing 與美國醫院合作,共享醫療資訊
美國麻州大學紀念醫院將和醫療資訊公司 PatientPing 共享醫療資訊。當病患到其他同樣採用 PatientPing 的醫院看診時,系統會寄送即時通知,內容包含病患過往治療方式及聯絡資料,以免重複治療。Link

Leslie:

PatientPing 表示,其即時資訊分享服務可使美國麻州大學紀念醫院(UMass Memorial Health Care,UMMHC) 及州內其他醫療院所減少重複支出,提高服務品質。

PatientPing 公司主打的服務為當病患掛號時,醫療院所可馬上收到被稱為 Ping 的內容,其中包含病患以往就醫時的出入院時間及治療摘要等資訊。而醫療院所也能將當次治療摘要上傳,供其他單位參考。PatientPing 宣稱整合了醫師、護理師及個案管理師等人員提供的資訊。並強調醫療體系購買 PatientPing 服務可提升醫療協同性,達到經濟效益。

醫療行為的互動過程,難以資訊化

PatientPing 提供的資訊醫療人員其實不難取得,只是要看是從系統取得,或請病患提供。先不論病患的隱私權問題;醫療人員在開始治療前,都有義務要先確認患者狀況,過往資料僅提供參考。因此我認為 PatientPing 的服務無法減少重複診療,或是節省時間與醫療支出。

科技業一直都對醫療應用磨刀霍霍,但成功進入醫院大門且賺錢的案例卻不多。癥結在於專業人員的判斷無法被取代。某些「冗事」看似無意義,其實是醫療專業中必要的過程,無法用資訊化手段簡化。

我舉一個身邊例子。一個專注物聯網的團隊一直大力提倡智慧病房,卻無法取代醫療人員在病床邊的必要性,也無法協助醫療人員,因此業績奇差。

與其他領域不同,醫療必須由現場醫療人員與病患討論後,再決策與執行。而且醫療人員必須考量極多變數,因此這些「望聞問切」的互動,其實是建立醫病關係與執行工作的必要過程,無法被資訊取代。

醫療資訊化必須以醫療人員為核心

資訊化並非提升醫療品質的必要手段。而且醫療各領域、人員與需求差異很大,無法一體視之。若要資訊化成功,必須以醫療人員為核心,以病患最高利益為主。

例如醫療人員大概都練就了一套敘事邏輯,以及快速書寫紀錄的能力。所以資訊系統的目標應該是盡量不改變醫療人員工作情況下,提高其工作效率;而非逼醫療人員到鍵盤螢幕前工作。畢竟若只為資訊化而資訊化,奉著主事者的聖旨四處橫行,不免受到醫療人員及病患的抵制,再次落入醫療管理的經典困境。

醫療資訊是台灣的絕佳機會

醫療資訊產業的門檻雖高,市場容量也不大,但醫資訊產品沒有地域上的限制,具有高海外市場潛力。此外台灣的全民健保已整合全國醫療體系,並掌握人民的相關就醫資訊,使得新創團隊可以輕易掌握市場需求,造就絕佳的發展環境。有志於此的新創團隊,建議在概念階段就尋求顧問諮詢,避免走上了冤枉路。

來自總主筆 Sharon 的問候

有物讀者大家好,我是 Sharon。這屆奧運充滿勵志故事,像是美國游泳選手菲爾普斯從自殺邊緣,而至今日畫下輝煌溫暖的句點。中國游泳選手傅園慧則說「如果今晚陣亡了,請大家記得我曾經也是一條好漢。」我們感動,我們不捨,我們也可能被激勵,而從此有所作為。

但這些故事,其實也發生在台灣。只是這些英雄們沒有聲音,或者不能有聲音。希望這次奧運的紛擾,能讓大家珍惜台灣運動選手,為他們發聲。

封面圖片來源:Antonis Spiridakis

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