癱瘓14年患者可用“意念”喝水？中國腦機接口有新突破

腦機接口是我們在科幻作品里常見的場景。近年來，隨著腦機接口技術不斷發(fā)展，讓失語者“開口說話”、通過“意念”指揮機械，頻頻出現(xiàn)在我們的視野里。

清華大學科研團隊近日連續(xù)公布了兩個案例，分別與首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院，和首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院聯(lián)合開展的腦機接口臨床試驗的進展情況。兩位高位截癱患者分別通過無線微創(chuàng)腦機接口實現(xiàn)了意念控制光標移動，意念控制手套外骨骼持握，這意味著由我國開展的無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗取得重大進展。

截癱患者通過意念

控制光標移動和持握

最新發(fā)布的臨床試驗是清華大學科研團隊與首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院共同開展的。35歲的截癱患者小白，在去年12月19日接受了無線微創(chuàng)腦機接口植入手術，經過兩個多月康復訓練，目前他已經能夠實現(xiàn)意念控制光標移動。

首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院神經外科學中心主任醫(yī)師 賈旺：我們通過腦機接口獲取了大腦運動區(qū)的神經信號，通過解碼體現(xiàn)他的運動意圖。通過意念來控制鼠標，追逐目標的靶區(qū)。他現(xiàn)在對移動和追蹤以及覆蓋目標的準確率，已經達到了我們預設的試驗目標的第一步。

另一例臨床試驗則是由清華大學科研團隊與首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院合作開展。四肢癱瘓長達14年的患者楊先生，在去年10月24日接受了植入手術，這也是我國首例無線微創(chuàng)腦機植入手術。目前患者楊先生通過意念控制手套外骨骼，部分恢復了抓握功能。

清華大學生物醫(yī)學工程學院博士研究生 劉定坤：我們讓患者把水瓶拿到八個不同的位置，然后我們會算一個時間來評估他使用腦機接口的情況。目前患者平均能夠在十秒鐘時間內把水瓶或者物件拿到指定的位置。

試驗人員發(fā)現(xiàn)，楊先生不僅能夠通過腦控抓握，甚至還能夠拿起水瓶喝水，這意味著他們的試驗目標已基本達成。

清華大學醫(yī)學院教授 洪波：我們要通過這個系統(tǒng)幫助脊髓損傷的患者能夠恢復手部的運動?；颊攥F(xiàn)在已經能夠自如地用他的腦信號來控制機械手喝水，這是這名患者14年來第一次。我們認為達成了我們最初整個試驗的目的。

北京腦科學與類腦研究所 羅敏敏：它是半侵入式的，信號比較好，它的設計也有一些無線充電等集成度比較高的設計。它的安全性、有效性都得到了初步的驗證。我覺得這是一個很好的開端。

半侵入式腦機接口助力患者救治

在臨床試驗中，患者是怎樣通過腦機接口技術，用自己的意念來控制器械的呢？在四肢癱瘓長達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)實現(xiàn)抓握和喝水的過程。

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

無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗參與者 楊先生：你在想它的同時，它就能攥上了，用力地去想抓，然后這個就會有動作。只有病人有這個真實體會，就這么一點，就感覺很幸福了，對提高生活質量確實有很大的幫助。

無線微創(chuàng)腦機接口臨床試驗參與者楊先生的妻子：科技改變生活，真的相信了。因為僅僅三個月的時間，就已經有了這么大的進步，有我們十幾年沒有的進步，所以我覺得將來可能進步更大。吃飯都是我喂，可能再練練，沒準能自己吃飯了。

聯(lián)合團隊專家介紹，在楊先生頭部植入的僅有硬幣大小的裝置集成了腦機接口處理器、無線通信和供電接口以及用來采集腦電波的電極。植入位置位于顱骨外側，只有電極進入顱骨內，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，以及氣動手套外骨骼等。

清華大學醫(yī)學院教授 洪波：有兩個線圈，里面有一個，外面有一個。我們的系統(tǒng)設計是吸上去以后，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通過這個線圈傳出來，實現(xiàn)了無線的供電和無線的通信。把他想動的信號采出來，指揮一個氣動的手套來幫他動。

專家介紹，腦機接口分為非侵入式、侵入式、半侵入式三類。非侵入式腦機接口通過頭皮采集腦電波，安全性最高，但信號質量低，功能有限。侵入式直接將電極植入大腦皮層，可獲得最高質量的神經信號，但對患者來說創(chuàng)傷大、風險高。清華大學開發(fā)的無線微創(chuàng)腦機接口為半侵入式，將電極植入患者大腦硬膜外，不破壞神經組織，可獲得較高信號強度和分辨率，同時降低了免疫反應和損傷神經細胞的風險。

首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院院長 趙國光：我們首先要保證患者的安全，我們對一些裝置植入以后未知的可能發(fā)生的問題要有充分的預判。所以我們選了這樣一個技術路線，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。

腦機接口：

未來醫(yī)學應用前景廣泛

當前世界主要國家都將未來視為“腦科學時代”，將腦科學研究列入國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略。我國在2017年啟動了中國“腦計劃”，腦機接口作為中國腦計劃的重要組成部分，近年來取得了許多重要進展。專家表示，此次臨床試驗對于推進我國腦機接口技術臨床應用又向前邁進了一步。

中國科學院院士，中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明是我國腦科學領域的學術帶頭人之一。他介紹，目前腦機接口的應用主要是在醫(yī)學領域，全球科學家開展的腦機接口臨床試驗，多數(shù)是針對高位截癱患者的功能恢復。在此次臨床試驗中，除了讀取大腦運動皮層信息之外，聯(lián)合團隊還專門設計了對大腦感覺信息的記錄通道。

中國科學院院士 中國科學院腦智卓越中心學術主任 蒲慕明：這次試驗還有一個很重要的特點，它不是只針對一個腦區(qū)。不僅運動皮層有記錄，它還有一個感覺區(qū)皮層的記錄，記錄反饋信息。

當大腦能夠接收到發(fā)出的動作的反饋信息之后，動作思維就形成了一個完整的信息回路，這將大大提升腦機接口在神經醫(yī)學領域應用的效果。

中國科學院院士 中國科學院腦智卓越中心學術主任 蒲慕明：比如說癲癇治療，你刺激了以后，它抑制癲癇有沒有得到效果，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)同時都在電極上面，這個就是反饋系統(tǒng)，就是閉環(huán)的系統(tǒng)。這個研究現(xiàn)在是腦機接口的一個高地，大家都在努力競爭。

聯(lián)合試驗團隊專家告訴記者，腦機接口未來的應用十分廣泛，下一步他們的目標是希望通過迭代開發(fā)打造一個通用的微創(chuàng)腦機接口平臺，用于更多腦疾病的康復。

首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院院長 趙國光：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，未來可能還會涉及其他的領域，包括比如癲癇、認知障礙、嚴重抑郁，所以探索的疾病領域也會逐漸寬廣。