國內(nèi)首例電極植入 意念操控喝可樂不“求人”

　　患者老張正在用意念引導(dǎo)機械手臂喂自己喝水 視頻截圖

　　兩年前他遭遇車禍，四肢完全癱瘓。但此刻老張決定不靠別人幫助，給自己拿一瓶無糖可樂。

　　老張集中注意力，在大腦中設(shè)想伸手取可樂的動作。腦電信號經(jīng)由他大腦皮層里植入的電極傳輸?shù)缴磉叺慕獯a器。緊接著，一臺機械臂開始轉(zhuǎn)動，伸出去對準不遠處桌子上的那瓶可樂，機械手調(diào)整“五指”把瓶身握緊，又一點點收回來，直到可樂瓶中的吸管準確地湊在老張的嘴邊。

　　在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科的病房里，老張與機械臂、機械手的互動訓(xùn)練已經(jīng)持續(xù)了4個多月，意念操控過程日益流暢。

　　1月16日，浙大求是高等研究院“腦機接口”團隊宣布，與浙大二院合作完成中國第一例植入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化研究，使患者可以完全利用大腦皮層信號精準控制外部機械臂與機械手實現(xiàn)三維空間的運動，并且首次證明高齡患者利用植入式腦機接口進行復(fù)雜而有效的運動控制是安全可行的。這項最新成果將有助于重度運動功能障礙患者重建肢體運動，提高生活質(zhì)量。

　　電極插入神經(jīng)元

　　意念操控機械手

　　腦機接口就是在大腦和假肢等外部設(shè)備之間建立一條直接傳輸大腦指令的通道，大腦信號經(jīng)采集后通過計算機解讀，直接控制外部設(shè)備。

　　這項技術(shù)近年來蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了層次深淺不一的各種應(yīng)用。比如戴上一頂專門設(shè)計的“帽子”，采集頭皮腦電信號，用以指揮小車做簡單的前進、剎車動作，這也是腦機接口技術(shù)的一種應(yīng)用。

　　教育部“腦與腦機融合前沿科學(xué)中心”（雙腦中心）副主任、浙大求是高等研究院王躍明教授說，把腦機接口技術(shù)在臨床上轉(zhuǎn)化，目前國際上的主要方向是將其用于漸凍癥、高位截癱等重度、不可逆性運動功能障礙患者的肢體運動功能重建，幫助他們“心（腦）想事成”。

　　老張是中國第一位在大腦中植入腦機接口電極的患者。

　　浙大二院神經(jīng)外科主任張建民教授介紹，老張的大腦皮層里植入了兩個Utah微電極陣列，這是美國FDA唯一批準用于臨床的腦電采集微電極。每個電極大小為4毫米見方，分布著100個電極針腳，每一個針腳都對應(yīng)一個或多個神經(jīng)元細胞。電極的另一頭連接著計算機，可以實時記錄大腦發(fā)出的神經(jīng)信號。

　　抓住一個水杯喝水，對正常人來說再簡單不過的一個動作，其實涉及大腦控制的復(fù)雜過程：手臂運動要準確、穩(wěn)定，手指給瓶子施加的壓力必須不大不小……這些都需要準確流暢的信號指揮。

　　“電極直接插入神經(jīng)元細胞，就像坐在體育場里看足球比賽，能親眼看到運動員是凌空抽射還是頭球攻門。”王躍明說。

　　所幸車禍沒有傷害到老張的大腦，在脊髓損傷、人體原有神經(jīng)通路損壞的情況下，腦機接口技術(shù)為大腦信號建立了新的傳輸通路。浙大研究團隊利用自主研發(fā)的人工智能算法來解碼老張發(fā)出的腦電信號，進而指揮機械臂運動。比如老張通過運動想像讓機械臂左右移動，左擺過頭要及時回補，補到哪個位置是反復(fù)進行反饋式學(xué)習(xí)后機器解碼器才能準確完成。“這是一個人和機器互相適應(yīng)、互相磨合的過程。”王躍明說，“當機械臂在學(xué)習(xí)讀懂老張的腦電信號時，老張也在學(xué)習(xí)怎么用好這個新工具。”

　　為七旬老人定制算法

　　多項創(chuàng)新填補國內(nèi)外空白

　　浙大較早就開展了腦機接口技術(shù)研究，依托神經(jīng)科學(xué)、信息工程技術(shù)和醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉合作，其研究水平一直居于全國前列。

　　浙大研究團隊在國內(nèi)率先實現(xiàn)了腦機接口技術(shù)在動物模型上的應(yīng)用，包括猴子皮層腦電腦機接口控制外部機械手完成“勾、抓、捏、握”等不同手勢，以及人腦意念操控大白鼠走迷宮等。

　　2014年，浙大研究者在國內(nèi)首次實現(xiàn)人腦意念控制機械手完成“剪刀