【原】腦機接口研究大突破！72歲高位截癱患者“意念”喝可樂，創(chuàng)下3個“首例”

鎂客網(wǎng) 2020-09-10

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腦機接口應(yīng)用距離我們還有多遠(yuǎn)？

策劃&撰寫：韓璐

日前，高位截癱患者張先生借助“意念”用“一只手”拿起可樂，并成功喝進(jìn)嘴里，一舉登上熱搜。

以上成果由浙江大學(xué)求是高等研究院“腦機接口”團(tuán)隊公布，是中國首例植入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化研究。

“腦機接口”研究項目拿下3個首例

據(jù)了解，此次項目名為“植入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”，由浙大二院張建民教授團(tuán)隊與浙江大學(xué)求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團(tuán)隊合作完成。

在取得張先生和家屬的知情同意及簽字后，張建民教授團(tuán)隊通過手術(shù)將Utah陣列電極植入張先生控制右側(cè)上肢運動的運動神經(jīng)皮層的第5層（共6層）。

據(jù)悉，該陣列電極僅有4mm*4mm大小，上面分布著100個電極針腳，每一個針腳都能夠檢測到1個甚至多個神經(jīng)元細(xì)胞放電。為了避免誤差，團(tuán)隊還在手術(shù)過程中采用了步進(jìn)為0.1mm的手術(shù)機器人，這也讓該手術(shù)成為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)。

電極的另一端連接的是一臺計算機，后者內(nèi)置了魯棒在線解碼器與反饋式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r記錄大腦的神經(jīng)信號，并轉(zhuǎn)化為機械臂的動作指令，最終形成一個“雙向互適應(yīng)的閉環(huán)腦機接口系統(tǒng)”。

另外值得注意的是，此前國外進(jìn)行的植入式腦機接口的對象均是中青年患者，而張先生已經(jīng)72歲，在全球信號采集、解碼等分析手段缺失的前提下，他的腦電信號質(zhì)量與穩(wěn)定性也要差一些，給研究更增添了難度。

為此，在國外幾套線性算法的效果不如人意后，團(tuán)隊引入非線性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，針對張先生設(shè)計了一套個性化解決方案。經(jīng)歷4個月循序漸進(jìn)的訓(xùn)練，張先生已經(jīng)能夠通過“意念”操控機械臂，完成握手、喝水、進(jìn)食等動作。得益于研究的成功，張先生也成為目前全球范圍內(nèi)，成功利用植入式腦機接口技術(shù)實現(xiàn)肢體動作功能重建的最高齡患者。

從2012年完成國內(nèi)首例猴腦電信號控制外部機械臂運動，到2014年完成國內(nèi)首例基于ECoG 信號的人腦腦機接口模式下，意念控制機械手“剪刀-石頭-布”精細(xì)動作，再到此次張先生案例的成功，浙大二院與浙江大學(xué)求是高等研究院之間的合作正逐步取得階段性成果。

腦機接口應(yīng)用還有多久來到身邊？

借助腦機接口技術(shù)，一方面人類能夠?qū)⒋竽X信號轉(zhuǎn)化為機器可識別的信號，從而實現(xiàn)對機器的控制，另一方面也可以接收來自機器的反饋，實現(xiàn)從外部對大腦進(jìn)行干預(yù)。

追根溯源，人們對腦機接口技術(shù)的研發(fā)最早開始于1924年，但直到20世紀(jì)70年代左右，這一技術(shù)才真正開始成形，并在90年代末21世紀(jì)初迎來一個高潮期。

而作為一項與生物體息息相關(guān)的技術(shù)，腦機接口技術(shù)的成熟也需要進(jìn)行臨床研究。自2005年開始，越來越多的企業(yè)和機構(gòu)通過侵入式或非侵入式的方式開展臨床研究，并取得了突破性的進(jìn)展。

相比于國外，國內(nèi)對于“腦機接口”的研究還處于早期，且在方向上更偏向于非侵入式。基于非侵入式的方式，人們只需要借助帶有電極的頭部可穿戴設(shè)備即可獲取信號。相比于侵入式，非侵入式或許在信息獲取干擾性、準(zhǔn)確性方面不如前者，但也避免了人體的排異反應(yīng)和手術(shù)的風(fēng)險等。

落地方面，腦機接口的價值最大場景在醫(yī)療領(lǐng)域，多個案例已經(jīng)證明，采用腦機接口技術(shù)，能夠幫助殘障人士、老年人進(jìn)行對應(yīng)的恢復(fù)訓(xùn)練，或是重新獲得肢體控制能力、感知能力等。此外在教育、娛樂、軍事、運動等領(lǐng)域，腦機接口的潛在市場也是極大的。

以國內(nèi)為例，作為一項門檻高、要求復(fù)雜的技術(shù)，當(dāng)前腦機接口賽道的公司還不是非常多。需要注意的是，國內(nèi)一些企業(yè)推出的非侵入式腦機接口設(shè)備已經(jīng)開始商用，但在一些非醫(yī)療市場，產(chǎn)品的落地受到了來自社會對數(shù)據(jù)安全、倫理等方面的質(zhì)疑。

就在去年10月，BrainCo將腦機接口頭環(huán)幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)注意力的報道引來多方爭議，諸如小學(xué)生是否應(yīng)該佩戴頭環(huán)、是否涉及隱私數(shù)據(jù)、佩戴后的相應(yīng)效果等討論甚囂塵上，為這類產(chǎn)品的落地蒙上了一層陰影。對于依靠手術(shù)進(jìn)行的侵入式腦機接口研究，倫理審核同樣是一道門檻。

目前，包括中國、美國、日本等國家在內(nèi)，諸如腦機接口這類“腦科學(xué)”的研究已經(jīng)被納入國家戰(zhàn)略，各自也取得了不錯的進(jìn)展。不過如同浙大二院與浙江大學(xué)求是高等研究院在案例中面臨的難題，當(dāng)前全球缺失統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的信號采集、解碼等分析手段，這也是當(dāng)前腦機接口研究中的一個瓶頸。