【时讯】浙大发布国内首例“双脑计划”成果：高位截瘫可用意念打麻将

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“握住，很棒，向自己的嘴移动，再回来一点，差不多了，停下！ ”随着小张喝可乐，病房里响起了掌声 张先生今年72岁，两年前因交通事故第四颈髓水平受损，四肢完全瘫痪 经过系统训练，现在除了握手，还可以拿饮料、吃油、打麻将，但这些动作不是他自己动手做的，他是用“想法”控制外部机械臂和机械手完成的。 1月16日，浙江大学发表了“双脑计划”的重要科研成果，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完成了国内第一例植入式脑机接口的临床研究， 患者首次说明了利用大脑运动皮质信号可以精确控制外部机械臂和机械手实现三维空间的运动，并且高龄患者可以利用植入式头脑机接口进行比较有效的运动控制。 除了饮食、社会交流、娱乐外，这一最新成果有助于肢体瘫痪患者的运动功能重建，提高生活质量，将来对辅助运动功能、失能者功能重建、老年功能增强等多个行业产生积极的影响 大脑和机器的心灵感觉，这不是第一次，但在浙江大二院16楼的功能神经外科病房，张先生刚午休完 护士一边喊着“祖父，祖父”，一边轻轻地把毯子盖在他的腿上 在那边，员工调整了设备 今天的训练从这里开始 员工把装有油条的杯子放在机械手旁边，张先生用“想法”对准机械手，张开手指，握住杯子，一步一步地回来 移动的过程不太顺利。 有时向左有点偏移。 有时向右有点偏移。 张先生认为是“右”或“左”，调整了机械臂的方向，经过一半的努力，机械手终于把杯子移到了他的嘴边，张先生吃了油条。 抓住、握住、移动这些对普通人来说是更简单的动作，但背后有信号的发送、传输、解码等一系列复杂的过程 因此，这个“转念”之间的过程，对像张先生一样脊髓神经损伤、运动功能丧失的残疾人来说是不可能完成的任务 近年兴起的头脑机器接口技术给这样的患者带来了福音 头脑机器接口是指在大脑和假肢等外部设备之间建立直接传达大脑指令的通路，在脊髓和运动神经路径受损但大脑皮质功能健全的情况下，大脑的信号也可以用计算机解读，直接控制外部设备。 浙江大团队去年在猴子的大脑中嵌入了微小电极阵列，利用计算机新闻技术提取和解读了猴子的大脑抓取、钩子、抓握、捏四个手势相关的神经信号，猴子可以用自己的“想法”直接控制外部机械臂 年，浙江大队在脑内植入皮质脑电微电极，“想法”控制机械手完成了高度的“石头、剪刀、布”指运动，创造了当时的国内第一 与前两次相比，现在这个最新的成果有什么不同呢？ 浙江大求是高等研究院的王跃明教授说，年的临床应用是在患者的大脑皮质表面盖上电极片(皮质脑电电极)，电极本身没有插入大脑皮质内部，是开头但不插入皮质的半埋入式操作，无法检测出单一神经元的放电 这次，将微小电极阵列直接插入大脑运动皮质中，通过植入式操作，检测单一神经元细胞的放电状况，可以得到更直接、稳定、丰富的信号 “与非植入式的研究相比，植入式相当于在体育场看足球比赛，可以目睹选手是凌空抽射还是头球攻门，但不是植入式的就像在体育场外“听”的比赛，只有欢呼声和嘘声。 年的研究也是植入式的，从猴子的大脑到人脑，都在挑战被研究的信号的解码、编码化、运算方法、效率等 首先，前者实际上可以通过活动手臂得到脑信号，但瘫痪患者完全想象着运动，没有构建解码器的正确运动新闻，信号质量也比前者不稳定，而且人脑的活动受到环境的影响更大，计算机 至今为止国际上报告的研究植入式头脑机器接口的志愿者都是中青年，但这次张先生是典型的高龄患者，在体力、观察力、情绪合作等方面比较弱 浙江大二院神经外科主任张建民说，这次实验的个性化程度要求很高，不能借鉴任何以前的经验，我们在围手术期管理、手术操作、电极移植精度以及术后训练模式、信号分解、医疗护理等多个方面不断进行探索和创新 机器人辅助手术、非线性神经网络算法都是在新尝试做好充分的术前准备后，于去年8月得到医院伦理委员会的批准，在张先生和家人的知情同意下正式开始的 从挑战如何在将损伤抑制在最小限度的同时将微电极正确地埋入患者的大脑开始 张建民表示，大脑皮质神经元一共分为六层，实验中需要在第五层位置植入电极。 正如战国时代宋玉在《登徒子好色赋》中所说，“增加1分钟太长，减少1分钟太短”，电极的埋入位置太浅，得不到效果，太深会损伤其他神经，难度非常高。 “这对我们来说是新的手术。 以前类似的手术是以前传下来的人工移植，移植效果和后期脑电信号的质量总体上很好，但准确度还不理想 张建民想到了手术机器人 他们使用0.1毫米步长的手术机器人，准确地把两个微电极阵列送到规定的位置，误差控制在0.5毫米以内 这也是世界上第一个利用手术机器人辅助法进行的电极移植手术成功了 “4mm×4mm大小的微电极阵列有100根电极引脚，每个引脚可能会检测到一根以上的神经元细胞放电。 电极的另一侧连接着电脑，可以实时记录来自大脑的神经信号 ”王跃明说 下一个关键是如何实现“想法控制”。 据团队介绍，人脑中的千亿个神经元通过发出微小的电脉冲互相交流，对人体的一举一动发出命令，为了实现想法的控制，实时收集、解码电极检查范围内的人脑神经电信号，进行不同的 由于头脑机器接口技术依赖于患者脑电信号的特征和机械算法的设计，所以现在不能统一标准化的信号收集、解码等分解手段，也就是说不能直接沿用现有的分解手段 事实上，研究过程中小组也验证了这一点 他们最初使用了国外的一些线性算法，但效果不太好 然后王跃明和团队成员引入非线性、神经网络算法，提出比较这种老年人的个性化处理方案 “与中青年患者相比，老年患者的脑电信号质量和稳定性稍差，我们设计的非线性解码器可以“读懂”老年人的心，更好地掌握患者在反馈式学习中如何操作机械臂和机械手。 当然，要实现“人与机器合一”的目标是非常困难的 小组使用循序渐进的训练方法，张先生在电脑画面上操作鼠标跟踪、点击二维运动和三维虚拟现实运动中的球，指挥机器人手臂完成上下左右等9个方向的动作，最后模拟握手、饮水、吃饭等动作 训练花了四个多月，取得了现在这样令人兴奋的成果 喝水已经不难了，可以打麻将娱乐，心情好了就可以吃，渴了就可以喝，通过头脑机器界面，张先生可以自己做点“事件”。 他说，完成事情的心情真的很好。 然后员工知道张先生喜欢打麻将，特意设计了一系列的程序，可以控制鼠标玩电脑麻将游戏。 “我们刚来的时候，小张心情很低落，我们和他说话了，但他不怎么搭理。 现在你会发现他一直很高兴 ”护士长说 为患者着想，这也是所有工作的出发点 “任何基础医学研究的最终目标都应用于临床，为患者处理实际问题是所谓的“转换医学”，张建民是高位截瘫、肌萎缩性侧索硬化、闭锁综合征等严重运动功能障碍患者是植入式头脑机接口技术 随着语言等功能的重建和脑科学的迅速发展，该行业的临床应用从现在的以运动功能为主的功能重建宣传到语言、感觉、认识等越来越多的复杂功能重建，“众所周知，中风多发于老年人，多个脑血管疾病患者 因为这次在老年人志愿者中成功地进行智囊机器界面运动功能的重建转化研究，对将来的临床治疗和康复具有重要的指导意义 王跃明表示，脑机接口行业的研究需要神经科学、新闻科学、机械工程、医学等多学科的密切合作，浙江大学综合性大学的特点为学科交叉提供了良好的土壤 从最初实现将电极嵌入大鼠大脑的“动物导航系统”到头脑机器接口应用于人脑，团队花了10多年的时间。 今天的这项研究意味着浙江大学的头脑机器接口技术进入世界上最先进的水平 该研究包括国家要点研究开发计划“基于脑机器接口的脑血管病自主康复技术研究与应用( yfc1308500 )”、国家要点研究开发计划“脑机融合的脑新闻认识重要技术研究( yfa0701400 )”、“国家自然科学” 复印记者:吴雅兰柯溢能照片记者:卢绍庆视频记者:汪晓勇原标题:《国内第一例！ 72岁高位截瘫患者想可乐喝，打麻将 。