中國首例!大腦植入電極，高位截癱病人用意念喝水

導讀：浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院發(fā)文稱，我國首次實現(xiàn)了高位截癱病人通過“腦機接口技術(shù)”控制機械臂，完成進食、飲水和握手等上肢運動。

智東西1月16日消息，今日，浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院發(fā)文稱，我國首次實現(xiàn)了高位截癱病人通過“腦機接口技術(shù)”控制機械臂，完成進食、飲水和握手等上肢運動。這標志著我國腦機接口技術(shù)在臨床轉(zhuǎn)化應用研究中已躋身國際前列。

據(jù)了解，該技術(shù)由浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院張建民教授團隊和浙江大學求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團隊共同研究。該團隊在高位截癱患者腦內(nèi)植入Utah陣列電極，然后用算法對電極收集到的腦神經(jīng)信號進行分析，并輸出機械臂可以理解的指令信號，最終實現(xiàn)患者的“意念操控”。

據(jù)相關(guān)資料顯示，2012年，國外科學家首次通過植入式腦機接口，使癱患病人可以操控機械手進行喝水、進食等動作。目前非入侵式腦機接口已經(jīng)成為主要研究方向，外國創(chuàng)企NextMind今年推出的非入侵式腦機接口，已經(jīng)讓用戶可以通過“意念”完成控制電視、玩游戲等活動。

一、精確手術(shù)操作，個性化算法加持

據(jù)了解，此次我國該腦機接口項目的成功主要由三個重要環(huán)節(jié)決定：微電極植入、神經(jīng)信號采集分析和人機訓練。

首先，用于腦機接口的電極必須要植入大腦運動皮層神經(jīng)元中的第五層，絲毫偏差都會極大影響信號采集效果，并且損害其它神經(jīng)。該團隊利用步進為0.1毫米的手術(shù)機器人將兩個微電極陣列送入既定位置，誤差在0.5毫米以內(nèi)。這也是全球首例成功利用手術(shù)機器人輔助方式完成的電極植入手術(shù)。

▲微電極植入示意圖

其次就是腦神經(jīng)信號的采集和分析。目前國際上已報道的植入式腦機接口案例中，患者均為中青年人，此次項目中的患者為老年人，腦神經(jīng)信號的穩(wěn)定性也有所減弱。該團隊引入非線性、神經(jīng)網(wǎng)絡算法，設(shè)計了一套專門針對高齡患者的方案，最終實現(xiàn)了較好的腦神經(jīng)信號采集和分析效果。

▲腦神經(jīng)信號采集反饋流程示意圖

最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是患者和機械手的磨合訓練。該團隊首先通過電腦屏幕上的鼠標操控訓練、機械臂指定方向運動等內(nèi)容進行訓練，然后再模擬飲水、進食等動作。通過循序漸進的方式，歷經(jīng)4個月，實現(xiàn)了目前的成果。

▲訓練過程

二、歷時八年，從讀懂猴子到臨床試驗

2012年，該團隊通過在猴子腦中植入微電極陣列，理解了猴子大腦中關(guān)于抓、勾、握、捏四種動作的神經(jīng)信號。2014年該團隊在人腦內(nèi)植入皮層腦電電極，使受試者可以通過“意念”操控機械手完成“石頭、剪刀、布”動作，為國內(nèi)首次。

我國一直致力于腦機接口領(lǐng)域的相關(guān)研究，并且在國際范圍內(nèi)也取得了一定成果。清華大學早在2001年就實現(xiàn)了通過入侵式腦機接口控制鼠標、控制電視各個按鍵。2006年它們通過這種方式，控制兩個機器狗進行了一場足球比賽。

2017年，中國科學院半導體研究所及合作研究團隊提出任務相關(guān)成分分析算法，將穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦機接口的通訊速率進一步提升到5.4 bit/s，最優(yōu)結(jié)果達到6.3 bit/s，是截至2019年8月為止，有報道的最快頭皮腦電腦機接口系統(tǒng)。目前國內(nèi)也已經(jīng)廣泛開展了非入侵式腦機接口的研究。

三、中國千萬癱患患者的福音

據(jù)了解，目前全球腦中風，腦及脊髓損傷導致肢體運動癱瘓后遺癥的病人接近1億，僅中國就有兩三千萬。

盡管目前入侵時腦機接口植入并非永久性的，但對于廣大癱患病人而言，腦機接口已經(jīng)極大的改變了他們的生活，讓他們看到了提高生活質(zhì)量的希望。

結(jié)語：我國腦機接口研究邁上新臺階

此次腦機接口技術(shù)臨床應用的成功，證明了我國腦機接口技術(shù)已經(jīng)具備實際應用的能力，并且患者可以借助該技術(shù)完成的動作已經(jīng)較為豐富，可以極大提升患者的生活質(zhì)量。

腦機接口一直是全球科技界的重點研究領(lǐng)域，目前，非入侵式腦機接口研究逐漸成為各路科技巨頭和創(chuàng)企的主攻方向，并且目前非入侵式腦機接口設(shè)備已經(jīng)在CES 2020大會上展出。

▲Nextmind非入侵式腦機接口設(shè)備

我國腦機接口目前邁上了新的臺階，但未來還有很長的路要走。