在科幻電影《阿凡達(dá)》中，下身癱瘓的前海軍戰(zhàn)士杰克躺在密封艙中，通過頭上戴著的復(fù)雜設(shè)備，利用意念操控阿凡達(dá)。如今，用意念操控機(jī)械不再是幻想，這“神奇”一幕出現(xiàn)在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院。
今天，浙醫(yī)二院神經(jīng)外科與浙大求是高等研究院合作的“腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用課題組”宣布，他們在前期猴子意念控制機(jī)械手等研究基礎(chǔ)上，完成了國內(nèi)首次在病人顱內(nèi)植入電極用意念控制機(jī)械手的實驗，病人只須動動念頭，機(jī)械手就能完成高難度的“石頭、剪刀、布”運動。這一在全球相關(guān)領(lǐng)域前沿的最新研究成果意味著虛幻的意念已經(jīng)可以精準(zhǔn)捕捉，表明在全國腦機(jī)接口研究領(lǐng)域中我省獲得了突破性進(jìn)展。
“這項研究為中風(fēng)、脊髓及肢體神經(jīng)損傷、肌萎縮側(cè)索硬化(漸凍人)以及其他神經(jīng)肌肉退化病人帶來了新的希望，它可以為肢體運動功能障礙患者重建運動功能，從而改善病人的生活質(zhì)量。”浙醫(yī)二院神經(jīng)外科主任張建民教授說。
這項研究是在患有復(fù)雜性難治性癲癇病癥的劉某身上進(jìn)行的。劉某患癲癇多年，藥物難以控制，病情逐漸加重，常規(guī)檢查無法確認(rèn)癲癇發(fā)作的起源。醫(yī)生在劉某顱內(nèi)埋藏電極來進(jìn)一步分析皮層腦電，明確癲癇灶部位。術(shù)前經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，并經(jīng)患者及家屬知情同意，在不影響病人監(jiān)測的情況下，醫(yī)生決定用分線器將監(jiān)測的腦電分出一路，連接到腦電信號分析儀。上周，劉某進(jìn)行手術(shù)，其中1塊電極被覆蓋在大腦表面的運動感覺區(qū)。在檢測腦電活動的同時，連接到腦電信號分析儀的信號經(jīng)解碼處理后被輸入到機(jī)械手，從而控制機(jī)械手指活動。
醫(yī)生監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，患者在觀察屏幕上的“石頭，剪刀，布”示意圖時，只要用手指完成腦海中想要做的動作，機(jī)械手就會同步完成上述活動，吻合的準(zhǔn)確度達(dá)到約80%。
“進(jìn)一步監(jiān)測還可以看到，當(dāng)患者出拳后，機(jī)械手甚至可以根據(jù)腦電信號做出與之相克的猜拳手勢，如患者出石頭，機(jī)械手出布。”浙江大學(xué)求是高等研究院鄭筱祥教授解釋研究原理時說，當(dāng)人腦產(chǎn)生某一動作的想法時，這種想法會以電傳導(dǎo)的方式在特定神經(jīng)元細(xì)胞之間傳導(dǎo)，并最終在感覺運動區(qū)形成具有一定電信號特征的神經(jīng)沖動，用來指導(dǎo)這一動作的信號發(fā)放，通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至手、腳等產(chǎn)生動作的肌肉，完成動作的實現(xiàn)過程。”
研究團(tuán)隊捕捉的，正是這一信號，也就是人們口中常說的“意念”。“意念”操控即利用人腦波操控。此前，浙大已完成讓猴子用“意念”控制機(jī)械手，實現(xiàn)抓、勾、握、捏四種不同手部動作的實驗。人體上應(yīng)用，實屬首次。
猴腦和人腦又有什么區(qū)別？“盡管猴腦與人腦解剖結(jié)構(gòu)較接近，但在腦功能上還是有較大差異。”張建民以手部動作為例說，猴腦可以通過意念控制手臂活動，但對手指的控制遠(yuǎn)不如人腦復(fù)雜和精確，“此外，猴子在進(jìn)行單一重復(fù)動作時不易受干擾，腦電活動較易捕捉和建模，但人在重復(fù)動作時會受到自我感覺、周邊環(huán)境和無關(guān)想象等因素的影響，這對信號捕捉和處理的技術(shù)手段提出了更高的要求，對腦機(jī)接口在處理大腦電信號過程中解碼、編碼、運算方式及效率等難度也大大增加。”
在找尋人體意念，完善腦機(jī)接口的研究征途中，目前已有包括人工耳蝸和人工視網(wǎng)膜在內(nèi)的臨床產(chǎn)品，這兩者都通過腦電對人腦相關(guān)部位進(jìn)行刺激，從而實現(xiàn)人體聽覺和視覺功能的重建。此次研究著重于重建人體運動功能，這無疑可以在一定程度上解決人類因自身活動受限(如癱瘓、肌肉萎縮、截肢等)而無法完成一些日?；緞幼魉鶐淼睦_，更可在康復(fù)醫(yī)學(xué)、軍事工業(yè)、智能化等多個領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景。
當(dāng)然，這一技術(shù)目前仍存在一些急需改進(jìn)的地方。“諸如出血、感染等手術(shù)相關(guān)風(fēng)險是存在的，且目前這種皮層電極片不可能長時間安置于腦內(nèi)，患者在接受這一手術(shù)后在一個月內(nèi)必須再次手術(shù)去除皮層電極片。”但張建民很看好這一技術(shù)的前景，“如果我們能將一些新型材料加入到設(shè)備材料中，腦機(jī)接口這一技術(shù)很有希望實現(xiàn)終身植入式電極端口，患者將不再為手術(shù)而苦惱，讓自己重新動起來會‘心想事成’。”
(2014-8-26)
