國(guó)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(jī)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(dòng)作。腦電信號(hào)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(tái)機(jī)械臂開始轉(zhuǎn)動(dòng)，伸出去對(duì)準(zhǔn)不遠(yuǎn)處桌子上的那瓶可樂，機(jī)械手調(diào)整“五指”把瓶身握緊，又一點(diǎn)點(diǎn)收回來，直到可樂瓶中的吸管準(zhǔn)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(jī)械臂、機(jī)械手的互動(dòng)訓(xùn)練已經(jīng)持續(xù)了4個(gè)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(jī)接口”團(tuán)隊(duì)宣布，與浙大二院合作完成中國(guó)第一例植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究，使患者可以完全利用大腦皮層信號(hào)精準(zhǔn)控制外部機(jī)械臂與機(jī)械手實(shí)現(xiàn)三維空間的運(yùn)動(dòng)，并且首次證明高齡患者利用植入式腦機(jī)接口進(jìn)行復(fù)雜而有效的運(yùn)動(dòng)控制是安全可行的。這項(xiàng)最新成果將有助于重度運(yùn)動(dòng)功能障礙患者重建肢體運(yùn)動(dòng)，提高生活質(zhì)量。

　　電極插入神經(jīng)元

　　意念操控機(jī)械手

　　腦機(jī)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(hào)經(jīng)采集后通過計(jì)算機(jī)解讀，直接控制外部設(shè)備。

　　這項(xiàng)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(jì)的“帽子”，采集頭皮腦電信號(hào)，用以指揮小車做簡(jiǎn)單的前進(jìn)、剎車動(dòng)作，這也是腦機(jī)接口技術(shù)的一種應(yīng)用。

　　教育部“腦與腦機(jī)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(jī)接口技術(shù)在臨床上轉(zhuǎn)化，目前國(guó)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(yùn)動(dòng)功能障礙患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能重建，幫助他們“心（腦）想事成”。

　　老張是中國(guó)第一位在大腦中植入腦機(jī)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(gè)Utah微電極陣列，這是美國(guó)FDA唯一批準(zhǔn)用于臨床的腦電采集微電極。每個(gè)電極大小為4毫米見方，分布著100個(gè)電極針腳，每一個(gè)針腳都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞。電極的另一頭連接著計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)記錄大腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)。

　　抓住一個(gè)水杯喝水，對(duì)正常人來說再簡(jiǎn)單不過的一個(gè)動(dòng)作，其實(shí)涉及大腦控制的復(fù)雜過程：手臂運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)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(zhǔn)確流暢的信號(hào)指揮。

　　“電極直接插入神經(jīng)元細(xì)胞，就像坐在體育場(chǎng)里看足球比賽，能親眼看到運(yùn)動(dòng)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(jī)接口技術(shù)為大腦信號(hào)建立了新的傳輸通路。浙大研究團(tuán)隊(duì)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(hào)，進(jìn)而指揮機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。比如老張通過運(yùn)動(dòng)想像讓機(jī)械臂左右移動(dòng)，左擺過頭要及時(shí)回補(bǔ)，補(bǔ)到哪個(gè)位置是反復(fù)進(jìn)行反饋式學(xué)習(xí)后機(jī)器解碼器才能準(zhǔn)確完成�！斑@是一個(gè)人和機(jī)器互相適應(yīng)、互相磨合的過程�！蓖踯S明說，“當(dāng)機(jī)械臂在學(xué)習(xí)讀懂老張的腦電信號(hào)時(shí)，老張也在學(xué)習(xí)怎么用好這個(gè)新工具�！�

　　為七旬老人定制算法

　　多項(xiàng)創(chuàng)新填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外空白

　　浙大較早就開展了腦機(jī)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(guó)前列。

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

　　2014年，浙大研究者在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)人腦意念控制機(jī)械手完成“剪刀