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國(guó)內(nèi)首例!72歲高位截癱患者用意念喝可樂(lè)
最后更新: 2020-01-16 18:01:54“握住,很棒,向自己的嘴巴移動(dòng),再往回一些,好差不多,停!”隨著張先生吸溜一口可樂(lè),浙大二院神經(jīng)外科病房?jī)?nèi)響起了一片掌聲。
如此簡(jiǎn)單的一個(gè)動(dòng)作,大家為何要為他喝彩?
72歲高齡的張先生是中國(guó)第一位在大腦中植入腦機(jī)接口電極的患者,目前住在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科的病房里。
“太不容易了!對(duì)四肢完全癱瘓的人來(lái)說(shuō),這是不可能完成的任務(wù)。今天,通過(guò)腦機(jī)接口,他做到了!”浙大二院神經(jīng)外科主任張建民激動(dòng)地說(shuō)。
16日,浙江大學(xué)發(fā)布“雙腦計(jì)劃”最新科研成果。該校求是高等研究院“腦機(jī)接口”團(tuán)隊(duì)與浙大醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科合作完成了國(guó)內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床研究。
該團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)首次通過(guò)對(duì)一位高位截癱志愿者腦內(nèi)植入U(xiǎn)tah陣列電極,患者可以利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)精準(zhǔn)控制外部機(jī)械手臂,完成進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運(yùn)動(dòng)。首次證明了高齡患者利用植入式腦機(jī)接口進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的可行性。
“相比以往在患者大腦皮層表面‘蓋’上一塊電極片,屬于開顱但不插入皮層的半植入式操作,我們這次把微電極陣列直接插入大腦運(yùn)動(dòng)皮層里面,可以檢測(cè)單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電情況,獲取的信號(hào)更直接、穩(wěn)定和豐富?!闭愦笄笫歉叩妊芯吭航淌谕踯S明說(shuō)。
圖片來(lái)源:浙大二院
據(jù)介紹,大腦皮層神經(jīng)元共分為6層,該實(shí)驗(yàn)需要將電極植入到第5層位置,植入位置太淺達(dá)不到效果,太深則會(huì)損傷其他神經(jīng)。研究人員采用步進(jìn)為0.1毫米的手術(shù)機(jī)器人,準(zhǔn)確地將2個(gè)微電極陣列送入既定位置,誤差控制在0.5毫米以內(nèi)。
圖片來(lái)源:浙大二院
“在4毫米×4毫米大小的微電極陣列上有100個(gè)電極針腳,每一個(gè)針腳都可能檢測(cè)到1個(gè)甚至多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電。電極的另一端連接著計(jì)算機(jī),可以實(shí)時(shí)記錄大腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)。”王躍明解釋道,大腦中上千億個(gè)神經(jīng)元通過(guò)發(fā)出微小的電脈沖相互交流,從而對(duì)人體行為發(fā)號(hào)施令,實(shí)現(xiàn)意念控制需要對(duì)電極檢測(cè)范圍內(nèi)的人腦神經(jīng)電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和解碼,將不同的電信號(hào)特征與機(jī)械手臂的動(dòng)作匹配對(duì)應(yīng)。
張建民教授團(tuán)隊(duì)為張先生手術(shù)。圖片來(lái)源:浙大二院
術(shù)后復(fù)查確認(rèn)電極植入位置無(wú)誤。圖片來(lái)源:浙大二院
由于腦機(jī)接口技術(shù)同時(shí)依賴患者腦電信號(hào)特征及機(jī)器算法設(shè)計(jì),目前尚無(wú)統(tǒng)一的信號(hào)采集、解碼等分析手段,且老年患者的腦電信號(hào)質(zhì)量與穩(wěn)定性都要差些,研究團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了個(gè)性化的非線性解碼器,并通過(guò)四個(gè)多月的反饋式學(xué)習(xí),使該患者能操控機(jī)械手臂進(jìn)行飲水、進(jìn)食、握手等動(dòng)作。
患者通過(guò)意念操作機(jī)械手臂與研究人員握手。盧紹慶 攝
“高位截癱、肌萎縮側(cè)索硬化、閉鎖綜合征等重度運(yùn)動(dòng)功能障礙患者有望應(yīng)用植入式腦機(jī)接口技術(shù)并借助外部設(shè)備重建肢體運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言等功能?!?/strong> 浙大醫(yī)學(xué)院附二醫(yī)院神經(jīng)外科主任張建民說(shuō),隨著腦科學(xué)的不斷發(fā)展,這一領(lǐng)域的臨床應(yīng)用將從現(xiàn)有的以運(yùn)動(dòng)為主的功能重建逐漸推廣到語(yǔ)言、感覺、認(rèn)知等更多更復(fù)雜的功能重建上。
(洪恒飛 吳雅蘭 科技日?qǐng)?bào)記者 江耘 )
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