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脑机接口研究大突破!72岁高位截瘫患者“意念”喝可乐,创下3个“首例”

2020-09-10  镁客网


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脑机接口应用距离我们还有多远?

策划&撰写:韩璐

日前,高位截瘫患者张先生借助“意念”用“一只手”拿起可乐,并成功喝进嘴里,一举登上热搜。

以上成果由浙江大学求是高等研究院“脑机接口”团队公布,是中国首例植入式脑机接口临床转化研究。

“脑机接口”研究项目拿下3个首例

据了解,此次项目名为“植入式脑机接口临床转化应用研究”,由浙大二院张建民教授团队与浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授、王跃明教授团队合作完成。

在取得张先生和家属的知情同意及签字后,张建民教授团队通过手术将Utah阵列电极植入张先生控制右侧上肢运动的运动神经皮层的第5层(共6层)。

据悉,该阵列电极仅有4mm*4mm大小,上面分布着100个电极针脚,每一个针脚都能够检测到1个甚至多个神经元细胞放电。为了避免误差,团队还在手术过程中采用了步进为0.1mm的手术机器人,这也让该手术成为全球首例成功利用手术机器人辅助方式完成的电极植入手术。

电极的另一端连接的是一台计算机,后者内置了鲁棒在线解码器与反馈式学习系统,能够实时记录大脑的神经信号,并转化为机械臂的动作指令,最终形成一个“双向互适应的闭环脑机接口系统”。

另外值得注意的是,此前国外进行的植入式脑机接口的对象均是中青年患者,而张先生已经72岁,在全球信号采集、解码等分析手段缺失的前提下,他的脑电信号质量与稳定性也要差一些,给研究更增添了难度。

为此,在国外几套线性算法的效果不如人意后,团队引入非线性、神经网络算法,针对张先生设计了一套个性化解决方案。经历4个月循序渐进的训练,张先生已经能够通过“意念”操控机械臂,完成握手、喝水、进食等动作。得益于研究的成功,张先生也成为目前全球范围内,成功利用植入式脑机接口技术实现肢体动作功能重建的最高龄患者。

从2012年完成国内首例猴脑电信号控制外部机械臂运动,到2014年完成国内首例基于ECoG 信号的人脑脑机接口模式下,意念控制机械手“剪刀-石头-布”精细动作,再到此次张先生案例的成功,浙大二院与浙江大学求是高等研究院之间的合作正逐步取得阶段性成果。

脑机接口应用还有多久来到身边?

借助脑机接口技术,一方面人类能够将大脑信号转化为机器可识别的信号,从而实现对机器的控制,另一方面也可以接收来自机器的反馈,实现从外部对大脑进行干预。

追根溯源,人们对脑机接口技术的研发最早开始于1924年,但直到20世纪70年代左右,这一技术才真正开始成形,并在90年代末21世纪初迎来一个高潮期。

而作为一项与生物体息息相关的技术,脑机接口技术的成熟也需要进行临床研究。自2005年开始,越来越多的企业和机构通过侵入式或非侵入式的方式开展临床研究,并取得了突破性的进展。

相比于国外,国内对于“脑机接口”的研究还处于早期,且在方向上更偏向于非侵入式。基于非侵入式的方式,人们只需要借助带有电极的头部可穿戴设备即可获取信号。相比于侵入式,非侵入式或许在信息获取干扰性、准确性方面不如前者,但也避免了人体的排异反应和手术的风险等。

落地方面,脑机接口的价值最大场景在医疗领域,多个案例已经证明,采用脑机接口技术,能够帮助残障人士、老年人进行对应的恢复训练,或是重新获得肢体控制能力、感知能力等。此外在教育、娱乐、军事、运动等领域,脑机接口的潜在市场也是极大的。

以国内为例,作为一项门槛高、要求复杂的技术,当前脑机接口赛道的公司还不是非常多。需要注意的是,国内一些企业推出的非侵入式脑机接口设备已经开始商用,但在一些非医疗市场,产品的落地受到了来自社会对数据安全、伦理等方面的质疑。

就在去年10月,BrainCo将脑机接口头环帮助学生提高学习注意力的报道引来多方争议,诸如小学生是否应该佩戴头环、是否涉及隐私数据、佩戴后的相应效果等讨论甚嚣尘上,为这类产品的落地蒙上了一层阴影。对于依靠手术进行的侵入式脑机接口研究,伦理审核同样是一道门槛。

目前,包括中国、美国、日本等国家在内,诸如脑机接口这类“脑科学”的研究已经被纳入国家战略,各自也取得了不错的进展。不过如同浙大二院与浙江大学求是高等研究院在案例中面临的难题,当前全球缺失统一标准化的信号采集、解码等分析手段,这也是当前脑机接口研究中的一个瓶颈。

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