我國首次“意念”控制機械手手術在浙大進行

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　　浙大附屬二院神經(jīng)外科與浙大求是高等研究院合作的“腦機接口臨床轉化應用課題組”近日向公眾發(fā)布最新進展，他們在人體顱內(nèi)植入電極，讓“意念”控制機械手，完成高難度的“石頭、剪刀、布”手指運動。這是我國首次進行該類手術。

　　這是課題組首次將腦機接口成功用于人，破譯人腦信號，并建立了信號對機器準確傳遞的研究模型，為中風、脊髓及肢體神經(jīng)損傷、肌萎縮側索硬化（“漸凍人”）以及其他神經(jīng)肌肉退化等肢體運動功能障礙患者實現(xiàn)運動功能重建帶來了新希望。

　　據(jù)介紹，“意念”在大腦中其實是以腦電波的形式存在的。但一直以來，這些神經(jīng)信號就像一本“天書”，人類自己不知如何才能讀懂它。

　　隨著計算機等技術的迅速發(fā)展，一種被稱為腦—機接口的技術迅速成為全球科學家最熱門的研究領域之一，它致力于在大腦和外部設備（例如假肢）之間建立一條傳輸大腦指令的通道，實現(xiàn)即使在脊髓損傷發(fā)生神經(jīng)通路損壞的情況下，腦部信號也能通過外部設備有效到達身體各處，使行動障礙的人重獲獨立生活的能力。

　　2012年，課題組經(jīng)過多學科交叉研究，在猴子腦中植入電極，運用計算機信息技術成功提取并破譯了猴子大腦關于抓、勾、握、捏四種手勢的神經(jīng)信號，使猴子的“意念”能直接控制外部機械。

　　該課題組的最新研究，是第一次將大腦信號的破譯對象轉移到了人。課題組負責人之一、浙大附屬二院神經(jīng)外科主任張建民介紹，通過開顱電極埋藏術來分析大腦皮層腦電，明確癲癇病灶部位，是癲癇診斷常規(guī)手段之一。手術前，經(jīng)醫(yī)院倫理委員會的批準和患者及家屬的知情同意，在不影響病人監(jiān)測的情況下，課題組用分線器將監(jiān)測的腦電分出一路，連接到腦電信號分析儀，讓電腦可以“旁聽”腦電信號。

　　從猴腦到人腦，這對課題組的解碼、編碼、運算方式及效率等提出了挑戰(zhàn)，并使得這一跨越更具實質(zhì)性意義：猴腦與人腦解剖結構雖比較接近，但在腦功能方面存在較大差異。

　　“以這次手部動作為例，猴腦可以通過意念較好地控制手臂的活動，但手指動作這一水平的控制就遠不如人腦復雜而精確。”浙江大學求是高等研究院教授鄭筱祥說，而且猴腦中指導完成動作的腦皮層神經(jīng)電信號的復雜程度也遠遠低于人腦皮層的動作區(qū)。此外，人的大腦活動受環(huán)境影響更大，計算機處理這些信號的復雜性也會大大增加。

　　在志愿者小劉的病房里，一臺電腦一頭連著她的大腦，一頭連著一只機械手。當小劉抬起手做出“石頭”的動作，機械手像發(fā)生了“心靈感應”，也出了“石頭”。“電腦讀取了志愿者的腦電信號，經(jīng)過解碼后，再‘告訴’機械手。”張建民說。為了增加實驗的趣味性，課題組還稍稍更改程序，讓志愿者猜拳，并且想贏就贏，想輸就輸。實驗統(tǒng)計，“意念”控制機械手的準確度達到80%左右。

　　“任何基礎醫(yī)學研究的最終目的都是要應用到臨床，為病人解決實際問題，也就是所謂的‘轉化醫(yī)學’。在動物模型實驗的基礎上，最后過渡至如今在人腦上的應用。”該項目組一位工作人員表示，該項研究是將腦機接口技術進一步應用到人類運動功能重建領域的轉化醫(yī)學實踐，首次實現(xiàn)了人的意念控制機械手完成“石頭、剪刀、布”的猜拳動作，使得腦機接口技術的臨床應用向前邁進了一大步。

　　目前，國際上腦機接口技術在人腦中的應用可以較好地實現(xiàn)意念控制下對某一具體物件（如紙杯、球）的成功抓握，這次“石頭、剪刀、布”控制精確到手指動作的實踐，在全球范圍內(nèi)也達到了前沿水平。

　　“雖然也已實現(xiàn)了手指關節(jié)水平的人腦控制，但尚未能很好地實現(xiàn)其他諸如抓握精細物體、不規(guī)則形狀物體等更精確的手指動作，這還有待進一步探索。”鄭筱祥說。