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      高位截癱患者“用意念”喝可樂

      浙江大學完成國內首例植入式腦機接口臨床轉化研究
      2020-01-20 09:14:42 來源:健康報

        (記者鄭純勝 通訊員方序 鄧國芳 來鑫萍)“握住,很棒,向自己的嘴巴移動,再往回一些。好,差不多,停!”隨著張大爺吸進一口可樂,浙江大學醫學院附屬第二醫院功能神經外科病房內響起了一片掌聲??此迫绱撕唵蔚囊粋€動作,大家為何要為他喝彩?


        1月16日,浙江大學召開新聞發布會,對外宣布“雙腦計劃”重要科研成果:浙大二院神經外科主任張建民教授團隊與浙江大學求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團隊在“植入式腦機接口臨床轉化應用研究”上取得了重要的階段性成果?,F場播放視頻里的張大爺是一位高位截癱患者,通過腦內植入Utah陣列電極,意念控制機械手臂的三維運動,完成進食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運動。該研究的成功標志著我國腦機接口技術在臨床轉化應用研究中躋身國際先進行列。

        張大爺是一位72歲的退休教師,兩年前因一場車禍導致頸髓重度損傷。2019年8月,研究方案經醫院倫理委員會批準,并征得張大爺和家屬的知情同意及簽字后正式啟動。8月底,研究團隊在精準定位下,將Utah陣列電極植入到張大爺控制右側上肢運動的運動神經皮層。由此,張大爺開始了用意念與機械臂“對話”的生活。

        據張建民介紹,在人的大腦中,上千億個神經元通過發出微小的電脈沖相互交流,從而對人體的一舉一動發號施令。要實現意念控制,就要實時采集電極檢測范圍內的人腦神經電信號,并進行解碼,將不同的電信號特征與機械手臂的動作匹配。

        如何將Utah陣列電極準確無誤地植入患者大腦所在功能區,是此次研究的第一道關卡。張建民說,大腦運動皮層神經元共分6層,實驗需要將電極植入到第5層。在這個過程中,電極植入不能有毫厘之差。植入位置太淺或太深,都達不到效果,還會損傷其他神經。傳統人工植入手術,精確程度沒法達到最佳狀態。張建民團隊利用步進為0.1毫米的手術機器人,準確地將兩個微電極陣列送入既定位置,誤差僅在0.5毫米以內。這也是全球首例成功利用手術機器人輔助完成的電極植入手術。

        接下來的關鍵一步,就是如何實現“意念操控”。王躍明說,在4毫米×4毫米大小的微電極陣列上有100個電極針腳,每一個針腳都可能檢測到1個甚至多個神經元細胞放電。電極的另一頭連接著計算機,可以實時記錄大腦發出的神經信號。把收集的神經信號準確地轉化成機械臂的動作指令,既依賴于機器算法的設計,也會受到試驗者個體腦電信號特征的影響。目前,全球尚無統一標準化的信號采集、解碼等分析手段。一開始,團隊采用國外的幾套線性算法,但效果不太好。后來,團隊引入非線性、神經網絡算法,設計了一套針對張大爺的個性化解決方案。

        張建民說,腦卒中后偏癱、頸髓損傷后的高位截癱、肌萎縮側索硬化及閉鎖綜合征等運動功能嚴重障礙患者,有望應用腦機接口技術,并借助外部設備,重建肢體運動、語言等功能。

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