癱瘓14年患者可用“意念”喝水？中國(guó)腦機(jī)接口有新突破

腦機(jī)接口是我們?cè)诳苹米髌防锍Ｒ?jiàn)的場(chǎng)景。近年來(lái)，隨著腦機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，讓失語(yǔ)者“開(kāi)口說(shuō)話(huà)”、通過(guò)“意念”指揮機(jī)械，頻頻出現(xiàn)在我們的視野里。

清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)近日連續(xù)公布了兩個(gè)案例，分別與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院聯(lián)合開(kāi)展的腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的進(jìn)展情況。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，這意味著由我國(guó)開(kāi)展的無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)取得重大進(jìn)展。

截癱患者通過(guò)意念

控制光標(biāo)移動(dòng)和持握

最新發(fā)布的臨床試驗(yàn)是清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院共同開(kāi)展的。35歲的截癱患者小白，在去年12月19日接受了無(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)。

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科學(xué)中心主任醫(yī)師 賈旺：我們通過(guò)腦機(jī)接口獲取了大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)信號(hào)，通過(guò)解碼體現(xiàn)他的運(yùn)動(dòng)意圖。通過(guò)意念來(lái)控制鼠標(biāo)，追逐目標(biāo)的靶區(qū)。他現(xiàn)在對(duì)移動(dòng)和追蹤以及覆蓋目標(biāo)的準(zhǔn)確率，已經(jīng)達(dá)到了我們預(yù)設(shè)的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的第一步。

另一例臨床試驗(yàn)則是由清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院合作開(kāi)展。四肢癱瘓長(zhǎng)達(dá)14年的患者楊先生，在去年10月24日接受了植入手術(shù)，這也是我國(guó)首例無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)植入手術(shù)。目前患者楊先生通過(guò)意念控制手套外骨骼，部分恢復(fù)了抓握功能。

清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士研究生 劉定坤：我們讓患者把水瓶拿到八個(gè)不同的位置，然后我們會(huì)算一個(gè)時(shí)間來(lái)評(píng)估他使用腦機(jī)接口的情況。目前患者平均能夠在十秒鐘時(shí)間內(nèi)把水瓶或者物件拿到指定的位置。

試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，楊先生不僅能夠通過(guò)腦控抓握，甚至還能夠拿起水瓶喝水，這意味著他們的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)已基本達(dá)成。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授 洪波：我們要通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)幫助脊髓損傷的患者能夠恢復(fù)手部的運(yùn)動(dòng)。患者現(xiàn)在已經(jīng)能夠自如地用他的腦信號(hào)來(lái)控制機(jī)械手喝水，這是這名患者14年來(lái)第一次。我們認(rèn)為達(dá)成了我們最初整個(gè)試驗(yàn)的目的。

北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所 羅敏敏：它是半侵入式的，信號(hào)比較好，它的設(shè)計(jì)也有一些無(wú)線充電等集成度比較高的設(shè)計(jì)。它的安全性、有效性都得到了初步的驗(yàn)證。我覺(jué)得這是一個(gè)很好的開(kāi)端。

半侵入式腦機(jī)接口助力患者救治

在臨床試驗(yàn)中，患者是怎樣通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)，用自己的意念來(lái)控制器械的呢？在四肢癱瘓長(zhǎng)達(dá)14年的患者楊先生家中，記者記錄了他用意念操控外骨骼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抓握和喝水的過(guò)程。

在楊先生家中，他的妻子確認(rèn)電腦和外骨骼系統(tǒng)都開(kāi)機(jī)之后，就把無(wú)線接口貼在楊先生的頭部。隨著腦電波不斷被采集和解碼，楊先生驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套外骨骼，握住了水瓶，并將瓶子慢慢放在嘴邊。

無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)參與者 楊先生：你在想它的同時(shí)，它就能攥上了，用力地去想抓，然后這個(gè)就會(huì)有動(dòng)作。只有病人有這個(gè)真實(shí)體會(huì)，就這么一點(diǎn)，就感覺(jué)很幸福了，對(duì)提高生活質(zhì)量確實(shí)有很大的幫助。

無(wú)線微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)參與者楊先生的妻子：科技改變生活，真的相信了。因?yàn)閮H僅三個(gè)月的時(shí)間，就已經(jīng)有了這么大的進(jìn)步，有我們十幾年沒(méi)有的進(jìn)步，所以我覺(jué)得將來(lái)可能進(jìn)步更大。吃飯都是我喂，可能再練練，沒(méi)準(zhǔn)能自己吃飯了。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)專(zhuān)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。另外這套系統(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。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授 洪波：有兩個(gè)線圈，里面有一個(gè)，外面有一個(gè)。我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是吸上去以后，既能夠隔著皮膚把外邊的電供到里面去，也能夠把病人大腦里邊的腦信號(hào)通過(guò)這個(gè)線圈傳出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線的供電和無(wú)線的通信。把他想動(dòng)的信號(hào)采出來(lái)，指揮一個(gè)氣動(dòng)的手套來(lái)幫他動(dòng)。

專(zhuān)家介紹，腦機(jī)接口分為非侵入式、侵入式、半侵入式三類(lèi)。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)。

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長(zhǎng) 趙國(guó)光：我們首先要保證患者的安全，我們對(duì)一些裝置植入以后未知的可能發(fā)生的問(wèn)題要有充分的預(yù)判。所以我們選了這樣一個(gè)技術(shù)路線，圍繞著患者的安全，在最大保證安全的情況下，讓這套系統(tǒng)工作，讓患者能夠獲益。

腦機(jī)接口：

未來(lái)醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景廣泛

當(dāng)前世界主要國(guó)家都將未來(lái)視為“腦科學(xué)時(shí)代”，將腦科學(xué)研究列入國(guó)家層面的發(fā)展戰(zhàn)略。我國(guó)在2017年啟動(dòng)了中國(guó)“腦計(jì)劃”，腦機(jī)接口作為中國(guó)腦計(jì)劃的重要組成部分，近年來(lái)取得了許多重要進(jìn)展。專(zhuān)家表示，此次臨床試驗(yàn)對(duì)于推進(jìn)我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)臨床應(yīng)用又向前邁進(jìn)了一步。

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)主任蒲慕明是我國(guó)腦科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人之一。他介紹，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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了對(duì)大腦感覺(jué)信息的記錄通道。

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：這次試驗(yàn)還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，它不是只針對(duì)一個(gè)腦區(qū)。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，記錄反饋信息。

當(dāng)大腦能夠接收到發(fā)出的動(dòng)作的反饋信息之后，動(dòng)作思維就形成了一個(gè)完整的信息回路，這將大大提升腦機(jī)接口在神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的效果。

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：比如說(shuō)癲癇治療，你刺激了以后，它抑制癲癇有沒(méi)有得到效果，有得到效果之后就可以停止刺激。記錄系統(tǒng)跟刺激系統(tǒng)同時(shí)都在電極上面，這個(gè)就是反饋系統(tǒng)，就是閉環(huán)的系統(tǒng)。這個(gè)研究現(xiàn)在是腦機(jī)接口的一個(gè)高地，大家都在努力競(jìng)爭(zhēng)。

聯(lián)合試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)家告訴記者，腦機(jī)接口未來(lái)的應(yīng)用十分廣泛，下一步他們的目標(biāo)是希望通過(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)，用于更多腦疾病的康復(fù)。

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長(zhǎng) 趙國(guó)光：目前，我們現(xiàn)在探索從事的包括截癱患者、四肢癱患者或者漸凍癥患者，未來(lái)可能還會(huì)涉及其他的領(lǐng)域，包括比如癲癇、認(rèn)知障礙、嚴(yán)重抑郁，所以探索的疾病領(lǐng)域也會(huì)逐漸寬廣。