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2020-10-05 23:23所属:糖果派对


  

  在科幻电影《阿凡达》中,下身瘫痪的前海军战士杰克躺在密封舱中,通过头上戴着的复杂设备,利用操控阿凡达。如今,用操控机械不再是幻想,这“神奇”一幕出现在浙江大学医学院附属第二医院。

  今天,浙医二院神经外科与浙大求是高等研究院合作的“脑机接口临床应用课题组”宣布,他们在前期猴子控制机械手等研究基础上,完成了国内首次在病人颅内植入电极用控制机械手的实验,病人只须动动念头,机械手就能完成高难度的“石头、剪刀、布”运动。这一在全球相关领域前沿的最新研究意味着虚幻的已经可以精准捕捉,表明在全国脑机接口研究领域中我省获得了突破性进展。

  “这项研究为中风、脊髓及肢体神经损伤、肌萎缩侧索硬化(渐冻人)以及其他神经肌肉退化病人带来了新的希望,它可以为肢体运能障碍患者重建运能,从而改善病人的生活质量。”浙医二院神经外科主任张建民教授说。

  这项研究是在患有复杂性难治性癫痫病症的刘某身上进行的。刘某患癫痫多年,药物难以控制,病情逐渐加重,常规检查无法确认癫痫发作的起源。医生在刘某颅内埋藏电极来进一步分析皮层脑电,明确癫痫灶部位。术前经医院伦理委员会批准,并经患者及家属知情同意,在不影响病人监测的情况下,医生决定用分线器将监测的脑电分出一,连接到脑电信号分析仪。上周,刘某进行手术,其中1块电极被覆盖在大脑表面的运动感觉区。在检测脑电活动的同时,连接到脑电信号分析仪的信号经解码处理后被输入到机械手,从而控制机械手指活动。

  医生监测发现,患者在观察屏幕上的“石头,剪刀,布”示意图时,只要用手指完成脑海中想要做的动作,机械手就会同步完成上述活动,吻合的准确度达到约80%。

  “进一步监测还可以看到,当患者出拳后,机械手甚至可以根据脑电信号做出与之相克的猜拳手势,如患者出石头,机械手出布。”浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授解释研究原理时说,当人脑产生某一动作的想法时,这种想以电传导的方式在特定神经元细胞之间传导,并最终在感觉运动区形成具有一定电信号特征的神经冲动,用来指导这一动作的信号发放,通过神经纤维传导至手、脚等产生动作的肌肉,完成动作的实现过程。”

  研究团队捕捉的,正是这一信号,也就是人们口中常说的“”。“”操控即利用人脑波操控。此前,浙大已完成让猴子用“”控制机械手,实现抓、勾、握、捏四种不同手部动作的实验。人体上应用,实属首次。

  猴脑和人脑又有什么区别?“尽管猴脑与人脑解剖结构较接近,但在脑功能上还是有较大差异。”张建民以手部动作为例说,猴脑可以通过控制手臂活动,但对手指的控制远不如人脑复杂和精确,“此外,猴子在进行单一重复动作时不易受干扰,脑电活动较易捕捉和建模,但人在重复动作时会受到感觉、周边和无关想象等因素的影响,这对信号捕捉和处理的技术手段提出了更高的要求,对脑机接口在处理大脑电信号过程中解码、编码、运算方式及效率等难度也大大增加。”

  在找寻人体,完善脑机接口的研究征途中,目前已有包括人工耳蜗和人工视网膜在内的临床产品,这两者都通过脑电对人脑相关部位进行刺激,从而实现人体听觉和视觉功能的重建。此次研究着重于重建人体运能,这无疑可以在一定程度上解决人类因自身活动受限(如瘫痪、肌肉萎缩、截肢等)而无法完成一些日常基本动作所带来的困扰,更可在康复医学、军事工业、智能化等多个领域都有广阔的发展前景。

  当然,这一技术目前仍存在一些急需改进的地方。“诸如出血、感染等手术相关风险是存在的,且目前这种皮层电极片不可能长时间安置于脑内,患者在接受这一手术后在一个月内必须再次手术去除皮层电极片。”但张建民很看好这一技术的前景,“如果我们能将一些新型材料加入到设备材料中,脑机接口这一技术很有希望实现终身植入式电极端口,患者将不再为手术而苦恼,让自己重新动起来会心想事成。”


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