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72岁高位截瘫患者用意念喝可乐,国内首例植入式脑机接口临床研究有突破了

阿凡达、钢铁侠的梦想或许不只是科幻。

图片来源:unsplash

记者 | 林北辰

侵入式脑机接口研究有了新进展。

1月16日,浙江大学对外宣布了“双脑计划”科研成果,植入电极的志愿者可以利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间的运动;同时证明了,高龄患者利用植入式脑机接口进行复杂有效的运动控制是可行的。

“双脑计划”由浙江大学求是高等研究院“脑机接口”团队与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作,是双方完成的国内第一例植入式脑机接口临床研究。通过对一位高位截瘫志愿者脑内植入Utah阵列电极,这位72岁的患者成功用意念控制机械手臂的三维运动,完成进食、饮水和握手等一系列上肢重要功能运动。

该研究的成功标志着我国脑机接口技术在临床转化应用研究中已跻身国际先进行列。

接受此次脑机接口临床转化研究的志愿者张先生,是一位72岁高龄的退休教师,在2年前因一场意外车祸,导致颈髓重度损伤,成了一名高位截瘫患者。

2019年8月,张先生接受了浙大二院神经外科主任张建民操刀的手术,顺利完成了国内首例开颅、将Utah阵列电极植入到控制右侧上肢运动的运动神经皮层的手术。4个月的康复训练后,张先生实现了用意念控制机械臂进食。

在浙大二院发布的视频中,张先生的床位边立着机械手臂,工作人员把一个盛着油条的杯子,放在机械手的旁边,张先生用“意念”让机械手对准位置,张开手指,握住杯子,看着机械臂带着杯子往嘴边挪,并调整杯口的角度,最终吃到了油条。此外,张先生还成功实现了用意念控制机械臂喝可乐、打麻将。

图片来源:浙大二院

由于国际上报道过的植入式脑机接口志愿者均为中青年,72岁的张先生因此成为目前报道中成功植入式脑机接口患者的最高龄者,而高龄者在体力、注意力、情绪配合等方面相对薄弱,这一次研究的成功意味着脑机接口对高龄患者也是可行的,是脑机接口临床转化应用的里程碑。

所谓脑机接口,意味着在大脑和假肢等外部设备之间建立一条直接传输大脑指令的通道,在脊髓及运动神经通路损坏、但大脑皮层功能尚健全的情况下,实现脑部信号的计算机解读,以此控制外部设备。

脑一机接口(brain computer interface)这一的研究可以追溯到20世纪70年代的美国,加州大学洛杉矶分校的J.J.Vidal博士在他的论文中首先提出了脑一机接口这一术语,试图评估利用电脑信号的可行性。

21世纪以来,脑机接口成为了多领域交叉的研究,是一种涉及了神经科学、生理学、心理学、工程学、计算机科学、康复学、其他技术和医疗科学的交叉学科。

事实上,美国加州理工研究院在多年以前就试图以植入芯片的方式控制大脑与外部机械臂连接,而本次浙大二院的创新点在于,以机器人辅助完成电极的植入,这样的做法改善了人工植入电极带来的误差问题,72岁高龄的实验志愿者也是国际、国内首例。

在应用上,脑机接口还分为侵入式与非侵入式,目前侵入式多为医疗研究与应用,非侵入式脑机接口则在教育行业发展,以智能设备的形式进入市场,声称可以锻炼学生的注意力、提高成绩。在创业公司中,最为著名的侵入式脑机接口案例是马斯克的Neuralink在2019年发布的“脑后插管”。

不过,要把神经信号精准地转化成机械臂的动作指令,研究者们还要跨过计算机算法、系统性信号采集解码的难关,个体差异也让研究成果无法一步登天。越来越多的成功案例却意味着,阿凡达、钢铁侠的梦想并不只是科幻,脑机接口确实值得人类赋予期待。

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