神經科技公司Synchron發展現況與展望

Synchron公司成立於2017年，專注於開發腦機介面，讓癱瘓病人可以透過大腦直接控制電腦，這項技術將能大幅改善病人的生活品質。Synchron的主要產品與其他神經科技不同，是透過將電極植入到大腦血管中，藉此量測大腦訊號並解構，進而與外界溝通。本文將在介紹Synchron公司的歷史背景、技術重點以及近況報導。

Synchron公司由Thomas Oxley於2012年成立，公司初期名稱為SmartStent，總部位於澳洲，然而在2016年，Synchron更名並遷移總部至美國。

2007年，Thomas Oxley首創了Stentrode的概念，這是一種可以置入血管中用來測量大腦訊號的支架。在2016年，該團隊於Journal of Neural Engineering和Nature Biotechnology等知名期刊上發表了多篇研究論文，正式將Stentrode產品名稱公諸於世。

Synchron於2018年，成功地將Stentrode植入羊的大腦中，過程中無需進行開腦手術。這項研究刊登在知名期刊Nature Biomedical Engineering和Journal of Neurosurgery，證明Stentrode可以用來刺激大腦，產生類似直接插入電極的肌肉收縮反應。

在2020年，Synchron獲得美國食品藥物管理局（FDA）核准其為突破性醫療器材（breakthrough device designation），並開始進行第一期的臨床試驗(first-in-human clinical trial)。

在2021年，Synchron在Journal of NeuroInterventional Surgery上發表了人體試驗的結果，兩名病患在安裝裝置兩個月後，可以透過腦機介面進行操控，且其準確率高達92%。同年，Stentrode獲得了美國食品藥物管理局的醫療器材臨床試驗豁免，可以開始進行人體試驗。此外，Synchron也在2021年進行了B輪募資，共募得四千萬美元。

於2022年7月，Synchron於紐約成功進行了第一例臨床試驗，成功在病人身上安裝Stentrode。同年底，公司進行了C輪募資，並且前亞馬遜CEO貝佐斯與前微軟CEO比爾蓋茲都參與了投資。

2023年，公司於JAMA neurology發表Stentrode臨床安全性的論文。研究證明Stentrode在四名病患上都可以安全運行一年，並未發生不良反應，且四名病患都可以透過腦機介面與外界溝通。

SWITCH是由Synchron公司開發的一種產品，其全名為Stentrode With Thought-Controlled Digital SWITCH。簡而言之，這是一種結合了Stentrode與腦控裝置的裝置。Stentrode取名自Stent-Electrode Recording Array，即支架型電極陣列。

SWITCH可以透過頸部微創手術，在全身麻醉下進行，手術方式類似於神經血管支架或從血管中取出血塊的血管介入治療技術。手術開始時，醫師會在頸內靜脈形成切口，利用一個長度為2釐米的導引管將Stentrode引導經過橫靜脈竇，抵達上矢狀竇，最終放置在運動皮質區附近。Stentrode總共有16個電極，表面積為0.3平方釐米，每個接觸點相距約3釐米，可以量測附近皮質的電訊號。這些電訊號會透過血管中的導線傳遞至鎖骨下方的傳輸模組，再以無線的方式傳遞至可由大腦控制的電腦設備。

Stentrode的與傳統腦機介面不同之處在於其不必進行開腦手術，即可在腦內放置電極，從而減少手術對患者造成的發炎反應。在腦機介面的領域中，有一個常用的比喻，即用腦殼外的EEG量測來觀察大腦活動就像在體育場外聽觀眾的歡呼聲來了解比賽情況；用在大腦表面的ECoG等電極來量測則像透過場館內的麥克風聽觀眾的反應；而使用侵入式電極則可以量測單個神經元的反應，就像站在幾個觀眾周圍聽他們談話。

Stentrode的準確度與ECoG相當，因為雖然Stentrode放置的位置較大腦表面更靠近神經元，但由於血管壁的干擾，所量測的訊號仍不如侵入式電極準確。與ECoG一樣，Stentrode只能量測皮質表面的電訊號。

此外，Stentrode的另一個優勢在於易於規模化。通常，安裝大腦內的電極需要神經外科醫師進行手術。然而，神經外科醫師人數有限，因此要推廣到所有患者有一定困難。Stentrode的優勢在於不需要神經外科醫師進行手術，只需要受過訓練的血管治療介入師(Interventionist)即可進行手術，因此可實行手術的人數可增加約一倍。

官方影片:

今年，Synchron公司在JAMA神經學期刊上發表了一篇有關Stentrode臨床安全性的論文。此論文是關於腦機介面的首篇安全性報告，值得更深入地了解一下。

在這項研究中，Synchron公司招募了四名受試者，研究觀察期為一年。在實驗開始前，受試者必須接受斷層掃描和核磁共振造影檢查，以確保他們的血管結構適合進行手術。手術由專業團隊在手術房內進行，手術時間平均為232分鐘。病人通常會在一至三天內出院。

為了確保病人的安全，這項實驗設置了兩種實驗中斷條件。第一種是當病人出現重大疾病或可能面臨生命危險時，實驗必須立即中斷。醫生必須評估該不良事件是否與Stentrode裝置有關。第二種情況是由血管專家評估病人是否出現血管阻塞或Stentrode是否位移。在第三個月和第十二個月時，實驗人員會進行血管造影檢查以評估Stentrode是否穩定。

另外，有三種情況使得病人無法使用SWITCH腦機介面，也將導致實驗終止。這包括一、傳輸信號品質不佳且不穩定；二、腦機介面無法解碼足夠多元的神經訊號，例如錯誤率過高，使病人無法正常控制電子設備；三、病人無法使用腦機介面完成基本需求，例如發送訊息、登入銀行戶口、網購等。為了提高辨識指令的準確度和使用者體驗，Synchron公司引入眼球追蹤系統輔助。

在觀測的12個月內，受試者沒有發生任何重大不良情況，只有八起輕微不良反應，且不需治療即可改善，大多是開刀部位瘀青和血腫等。12個月的研究中，有兩位受試者已因漸凍人併發症去世，與Stentrode裝置無關。在測試期間，Stentrode位移約0.45釐米，並未達到任何臨床上的有意義移動。

功能性評估方面，研究證實SWITCH所使用的無線傳輸功能在12個月內足夠穩定。在解碼神經訊號方面，二分法解構達85%準確率，三分法解構達68.3%準確率，而五分法僅有41%的準確率。其中三位病人只需一次訓練後，即可獨立在家操作；而有一位病人需要經過12次訓練才能達到獨立操作。在訓練期間，病人有使用眼球追蹤系統搭配控制系統，使其準確率達到93.9%。這些病患幾乎每天都會使用該系統來回覆電子郵件、傳送訊息、購物和處理金融事務。在最終測試時，在不使用眼球追蹤裝置的情況下，病人的控制準確率也能達到了97.4%。病人對SWITCH系統也展現出極高滿意度。

儘管目前臨床實驗樣本數有限，但仍足以證實該產品是安全可靠的，並且沒有對腦血管造成任何損害。然而，文獻中報導使用類似技術的靜脈竇支架有可能產生併發症，其發生率可能少於2％，因此有待進一步的長期觀察。為了降低併發症的風險，病患需要接受三個月的抗血小板治療以及一年的阿斯匹靈治療。

其中一名患者，藉由Thomas Oxley的推特帳號發文:

Synchron公司的產品SWITCH已獲得美國食品藥物管理局的核准，可以進行臨床實驗。未來，Synchron公司將著眼於在更多病人身上安裝其產品，除了改善病患的生活品質亦能測試其功效。例如，公司提及在解碼神經訊號方面仍需進一步改善。目前，病患在安裝完SWITCH產品後的一年期間，公司仍需要調整演算法，未來會需要研發一套演算法，能夠適度自行調整。

Synchron公司以不同於傳統侵入式電極的方式，使用血管支架型的電極放置在運動皮質區附近，以偵測大腦運動皮質的活動。這種方式有兩個主要優點：第一，避免侵入大腦，減少可能引起的發炎反應；第二，放置血管支架的方式已被廣泛使用多年，相對於開腦或侵入式放置電極，風險更低。因此，Synchron的產品是美國食品藥物管理局最早核准的商品化腦機介面產品之一。不過，目前仍有幾個隱憂需要改善：第一，目前解碼大腦訊號的演算法在腦機介面安裝之後，仍需要不斷調整，顯示公司在解碼大腦訊號方面仍有不足之處。這可能是由於電極數量不夠多，也可能是演算法尚未成熟的原因。第二，雖然在此次安全報告中病患未出現任何不良反應，但過去血管支架的使用案例中，病人會有低於2%機率的不良反應，Synchron公司需要持續關注這一點。第三，目前公司未公布產品的售價，不知道產品是否足以支撐公司運作。目前公司的營運仰賴市場募集的資金。然而，總的來說，Synchron公司的產品確實為病患帶來改善生活品質的機會，對社會具有貢獻巨大。對於，神經科學領域與腦機介面的發展也是重大突破。