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高位截瘫老人靠意念控制机械手

张先生用意念控制机械臂来喝水

1月16日上午,浙江大学在紫金港校区召开新闻发布会,对外宣布和展示了该校在“植入式脑机接口临床转化应用研究”领域的一项重要科研成果。据介绍,日前浙江大学脑机接口团队首次在国内通过对脑内植入Utah阵列电极,帮助一位72岁高龄的高位截瘫志愿者利用意念控制机械手臂的三维运动,实现进食、饮水和握手等一系列上肢重要功能运动。

浙大应用研究出成果

助车祸后老人动起来

浙江大学第二医院官方微信16日发文介绍了此次手术过程。文章称,接受此次脑机接口临床转化研究的志愿者张先生是一位退休教师,两年前因车祸颈髓重度损伤,成了一名高位截瘫患者。然而,他大脑功能尚健全,意识清楚。

半年前,张先生的家人从新闻报道等渠道了解到,浙江大学脑机接口团队在利用植入式脑机接口技术帮助患者重建运动功能方面卓有成效,便主动联系到了张建民教授团队,并于2019年6月29日入住浙大二院病房。

2019年8月,在做好充分准备后,研究方案正式启动;8月底,顺利完成了国内首例植入Utah阵列电极的开颅手术。由此,张先生开始了用意念与机械臂“对话”的生活。

自此,每天张先生结束午休后,就会开始一天的训练。从开始的电脑屏幕上操控鼠标运动到后期控制机械臂三维运动。近期训练中,工作人员把一个盛着油条的杯子,放在机械手的旁边,张先生用“意念”让机械手喂自己吃油条。

浙大二院表示,抓、握、移,这些对常人来说再简单不过的动作,背后却是信号发送、传输和解码等一系列复杂的过程。浙大二院介绍,在国际上已被报道的植入式脑机接口患者,均为中青年人。面对72岁高龄的张先生,国际上尚无先例可循,团队所要探索的显然更多,测试难度也更大。

微电极植入是首道关卡

“人机合一”并非易事

据文章介绍,如何在尽量减少损伤的情况下,将微电极准确无误地植入患者大脑所在功能区,是此次研究的第一道关卡。浙大二院神经外科主任张建民说,大脑运动皮层神经元共分为6层,实验需要将电极植入到第5层的位置。这个过程中,电极植入不能有毫厘之差。植入位置太浅或太深,都达不到效果,还会损伤其他神经。

浙大二院表示,传统人工植入手术,精确程度没法达到最佳状态。张建民团队利用步进为0.1毫米的手术机器人,准确地将两个微电极阵列送入既定位置,误差仅在0.5毫米以内。这也是全球首例成功利用手术机器人辅助方式完成的电极植入手术。

接下来的关键一步,就是如何实现“意念操控”。脑机接口,不仅依赖材料科学、计算机科学等机器相关技术,更需要被试者的高度配合与规范化训练。

不过,神经信号收集的成效,却与个体息息相关。浙大二院文章称,目前,全球尚无统一标准化的信号采集、解码等分析手段。“相对于中青年患者,老年患者的脑电信号质量与稳定性都要差些,我们设计的非线性解码器,更能‘读懂’老年人的心思,帮助患者更好地学习操控机械臂、机械手。”张建民说。

当然,想要达到“人机合一”的目标,并非易事。训练耗费4个多月,才有了现在这样令人激动的成果。

植入效果并非永久性

但患者生活质量提高

张先生是目前全球范围内,成功利用植入式脑机接口技术,实现肢体运动功能重建的最高龄患者。尽管此类植入在国际上都处于试验阶段,效果也是非永久性的,但对张先生而言,脑机接口已改变他的生活,更让这类人群看到了提高生活质量的希望。如今,张先生可以饿了就吃,渴了就喝,能自己“做”一些事情了。工作人员得知张先生喜欢打麻将,还特地设计一套程序,让他能通过控制鼠标,玩电脑麻将游戏。

“任何基础医学研究的最终目的,都是要应用到临床,为病人解决实际问题,这就是所谓的‘转化医学’。”张建民说。

随着脑科学的不断发展,这一领域的临床应用,将从现有的以运动功能为主的功能重建,逐渐推广到语言、感觉、认知等更多更复杂的功能重建上。“大家知道,脑卒中好发于老年人,许多脑血管病患者虽挽回了生命,但常常遗留偏瘫、失语等后遗症。这次在老龄志愿者身上进行的脑机接口试验,必将对于未来的临床治疗和康复有着非常重要的指导意义。”张建民说。 文/本报记者 孔令晗

责任编辑:邢晓楠(实习)

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  • 2020-01-18 18:18

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  • 来源:北京青年报

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