行業(yè)新聞 2024.03.05
失語(yǔ)者能“開(kāi)口說(shuō)話”、癱瘓患者可通過(guò)“意念”指揮機(jī)械……近年來(lái)，隨著腦機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，一些以往只存在于科幻電影中的場(chǎng)景，頻頻出現(xiàn)在我們的視野中。
近日，清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)公布了兩個(gè)案例，兩位高位截癱患者分別通過(guò)無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了意念控制光標(biāo)移動(dòng)、意念控制手套外骨骼持握，其中一名患者四肢癱瘓14年來(lái)，第一次實(shí)現(xiàn)了“用手喝水”。
截癱患者通過(guò)意念控制光標(biāo)移動(dòng)和持握
35歲的截癱患者小白，在去年12月接受了無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口植入手術(shù)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月康復(fù)訓(xùn)練，目前他已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)意念控制光標(biāo)移動(dòng)。醫(yī)生介紹，通過(guò)腦機(jī)接口，可獲取大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)信號(hào)，再通過(guò)解碼體現(xiàn)患者的運(yùn)動(dòng)意圖，從而實(shí)現(xiàn)“意念控制活動(dòng)”。
另一名患者是四肢癱瘓長(zhǎng)達(dá)14年的楊先生。他在去年10月接受了植入手術(shù)，這也是我國(guó)首例無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)植入手術(shù)。目前楊先生通過(guò)意念控制手套外骨骼，部分恢復(fù)了抓握功能，平均能在十秒內(nèi)把水瓶或者物件拿到指定的位置。
不光如此，他還能自如地用腦信號(hào)來(lái)控制機(jī)械手，并在癱瘓后第一次拿起水瓶自己喝水。
楊先生說(shuō)：“你在想它（拿水瓶）的同時(shí)，就能攥上了。老幸福了，對(duì)提高生活質(zhì)量有很大幫助。”楊先生妻子也對(duì)此十分驚喜，她期待隨著科技進(jìn)步，楊先生可以自主完成更多日?；顒?dòng)。
意念控制動(dòng)作究竟如何實(shí)現(xiàn)？
專家介紹，在楊先生頭部植入的僅有硬幣大小的裝置集成了腦機(jī)接口處理器、無(wú)線通信和供電接口以及用來(lái)采集腦電波的電極。植入位置位于顱骨外側(cè)，只有電極進(jìn)入顱骨內(nèi)，貼在硬腦膜外。此外，這套系統(tǒng)還包括信息采集供電模塊、腦電波解碼翻譯模塊，以及氣動(dòng)手套外骨骼等。
病人體內(nèi)外分別有一個(gè)線圈，外面的線圈既能夠隔著皮膚供應(yīng)電，也能夠把病人大腦里的腦信號(hào)傳輸出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線的供電和無(wú)線的通信，再用采集到的信號(hào)來(lái)指揮氣動(dòng)手套外骨骼。
專家介紹，腦機(jī)接口分為非侵入式、侵入式、半侵入式三類：
非侵入式腦機(jī)接口通過(guò)頭皮采集腦電波，安全性最高，但信號(hào)質(zhì)量低，功能有限；
侵入式直接將電極植入大腦皮層，可獲得最高質(zhì)量的神經(jīng)信號(hào)，但對(duì)患者來(lái)說(shuō)創(chuàng)傷大、風(fēng)險(xiǎn)高；
清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口為半侵入式，將電極植入患者大腦硬膜外，不破壞神經(jīng)組織，可獲得較高信號(hào)強(qiáng)度和分辨率，同時(shí)降低了免疫反應(yīng)和損傷神經(jīng)細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)。
腦機(jī)接口應(yīng)用前景廣泛或可用于治療癲癇、認(rèn)知障礙等
當(dāng)前世界主要國(guó)家都將未來(lái)視為“腦科學(xué)時(shí)代”，我國(guó)也在2017年啟動(dòng)了中國(guó)“腦計(jì)劃”，其中腦機(jī)接口是重要組成部分。
中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明介紹，目前腦機(jī)接口的應(yīng)用主要是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，全球科學(xué)家開(kāi)展的腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)，多數(shù)是針對(duì)高位截癱患者的功能恢復(fù)。
在此次臨床試驗(yàn)中，除了讀取大腦運(yùn)動(dòng)皮層信息之外，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還專門(mén)設(shè)計(jì)了對(duì)大腦感覺(jué)信息的記錄通道。“不僅運(yùn)動(dòng)皮層有記錄，它還有一個(gè)感覺(jué)區(qū)皮層的記錄，可記錄反饋信息。”
當(dāng)大腦能夠接收到發(fā)出動(dòng)作的反饋信息后，動(dòng)作思維就形成了一個(gè)完整的信息回路，將大大提升腦機(jī)接口在神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的效果。蒲慕明介紹：“比如說(shuō)癲癇治療，在有效果之后就可以停止刺激，是閉環(huán)的系統(tǒng)。”
接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過(guò)迭代開(kāi)發(fā)打造一個(gè)通用的微創(chuàng)腦機(jī)接口平臺(tái)，用于癲癇、認(rèn)知障礙等更多腦疾病的康復(fù)。
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