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智東西1月16日消息，今日，浙江大學醫學院附屬第二醫院發文稱，我國首次實作了高位截癱病人通過“腦機接口技術”控制機械臂，完成進食、飲水和握手等上肢運動。這标志着我國腦機接口技術在臨床轉化應用研究中已跻身國際前列。
中國首例，大腦植入電極，高位截癱病人用意念喝水
據了解，該技術由浙江大學醫學院附屬第二醫院張建民教授團隊和浙江大學求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團隊共同研究。該團隊在高位截癱患者腦内植入Utah陣列電極，然後用算法對電極收集到的腦神經信号進行分析，并輸出機械臂可以了解的指令信号，最終實作患者的“意念操控”。
據相關資料顯示，2012年，國外科學家首次通過植入式腦機接口，使癱患病人可以操控機械手進行喝水、進食等動作。目前非入侵式腦機接口已經成為主要研究方向，外國創企NextMind今年推出的非入侵式腦機接口，已經讓使用者可以通過“意念”完成控制電視、玩遊戲等活動。
精确手術操作，個性化算法加持
據了解，此次我國該腦機接口項目的成功主要由三個重要環節決定：微電極植入、神經信号采集分析和人機訓練。
首先，用于腦機接口的電極必須要植入大腦運動皮層神經元中的第五層，絲毫偏差都會極大影響信号采集效果，并且損害其它神經。該團隊利用步進為0.1毫米的手術機器人将兩個微電極陣列送入既定位置，誤差在0.5毫米以内。這也是全球首例成功利用手術機器人輔助方式完成的電極植入手術。
▲微電極植入示意圖
其次就是腦神經信号的采集和分析。目前國際上已報道的植入式腦機接口案例中，患者均為中青年人，此次項目中的患者為老年人，腦神經信号的穩定性也有所減弱。該團隊引入非線性、神經網絡算法，設計了一套專門針對高齡患者的方案，最終實作了較好的腦神經信号采集和分析效果。
▲腦神經信号采集回報流程示意圖
最後一個關鍵環節是患者和機械手的磨合訓練。該團隊首先通過電腦螢幕上的滑鼠操控訓練、機械臂指定方向運動等内容進行訓練，然後再模拟飲水、進食等動作。通過循序漸進的方式，曆經4個月，實作了目前的成果。
▲訓練過程
曆時八年，從讀懂猴子到臨床試驗
2012年，該團隊通過在猴子腦中植入微電極陣列，了解了猴子大腦中關于抓、勾、握、捏四種動作的神經信号。2014年該團隊在人腦内植入皮層腦電電極，使受試者可以通過“意念”操控機械手完成“石頭、剪刀、布”動作，為國内首次。
我國一直緻力于腦機接口領域的相關研究，并且在國際範圍内也取得了一定成果。清華大學早在2001年就實作了通過入侵式腦機接口控制滑鼠、控制電視各個按鍵。2006年它們通過這種方式，控制兩個機器狗進行了一場足球比賽。
2017年，中國科學院半導體研究所及合作研究團隊提出任務相關成分分析算法，将穩态視覺誘發電位腦機接口的通訊速率進一步提升到5.4 bit/s，最優結果達到6.3 bit/s，是截至2019年8月為止，有報道的最快頭皮腦電腦機接口系統。目前國内也已經廣泛開展了非入侵式腦機接口的研究。
中國千萬癱患患者的福音
據了解，目前全球腦中風，腦及脊髓損傷導緻肢體運動癱瘓後遺症的病人接近1億，僅中國就有兩三千萬。
盡管目前入侵時腦機接口植入并非永久性的，但對于廣大癱患病人而言，腦機接口已經極大的改變了他們的生活，讓他們看到了提高生活品質的希望。
結語：我國腦機接口研究邁上新台階
此次腦機接口技術臨床應用的成功，證明了我國腦機接口技術已經具備實際應用的能力，并且患者可以借助該技術完成的動作已經較為豐富，可以極大提升患者的生活品質。
腦機接口一直是全球科技界的重點研究領域，目前，非入侵式腦機接口研究逐漸成為各路科技巨頭和創企的主攻方向，并且目前非入侵式腦機接口裝置已經在CES 2020大會上展出。
▲Nextmind非入侵式腦機接口裝置
我國腦機接口目前邁上了新的台階，但未來還有很長的路要走。
原文釋出時間：2020-01-17
本文作者：智東西
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