我國(guó)首次“意念”控制機(jī)械手手術(shù)在浙大進(jìn)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(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用課題組”近日向公眾發(fā)布最新進(jìn)展，他們?cè)谌梭w顱內(nèi)植入電極，讓“意念”控制機(jī)械手，完成高難度的“石頭、剪刀、布”手指運(yùn)動(dòng)。這是我國(guó)首次進(jìn)行該類手術(shù)。

　　這是課題組首次將腦機(jī)接口成功用于人，破譯人腦信號(hào)，并建立了信號(hào)對(duì)機(jī)器準(zhǔn)確傳遞的研究模型，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)肌肉退化等肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能重建帶來(lái)了新希望。

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

　　隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展，一種被稱為腦—機(jī)接口的技術(shù)迅速成為全球科學(xué)家最熱門的研究領(lǐng)域之一，它致力于在大腦和外部設(shè)備（例如假肢）之間建立一條傳輸大腦指令的通道，實(shí)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(hào)也能通過(guò)外部設(shè)備有效到達(dá)身體各處，使行動(dòng)障礙的人重獲獨(dú)立生活的能力。

　　2012年，課題組經(jīng)過(guò)多學(xué)科交叉研究，在猴子腦中植入電極，運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)成功提取并破譯了猴子大腦關(guān)于抓、勾、握、捏四種手勢(shì)的神經(jīng)信號(hào)，使猴子的“意念”能直接控制外部機(jī)械。

　　該課題組的最新研究，是第一次將大腦信號(hào)的破譯對(duì)象轉(zhuǎn)移到了人。課題組負(fù)責(zé)人之一、浙大附屬二院神經(jīng)外科主任張建民介紹，通過(guò)開顱電極埋藏術(shù)來(lái)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(shù)前，經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)和患者及家屬的知情同意，在不影響病人監(jiān)測(cè)的情況下，課題組用分線器將監(jiān)測(cè)的腦電分出一路，連接到腦電信號(hào)分析儀，讓電腦可以“旁聽”腦電信號(hào)。

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

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

　　在志愿者小劉的病房里，一臺(tái)電腦一頭連著她的大腦，一頭連著一只機(jī)械手。當(dāng)小劉抬起手做出“石頭”的動(dòng)作，機(jī)械手像發(fā)生了“心靈感應(yīng)”，也出了“石頭”。“電腦讀取了志愿者的腦電信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼后，再‘告訴’機(jī)械手。”張建民說(shuō)。為了增加實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，“意念”控制機(jī)械手的準(zhǔn)確度達(dá)到80%左右。

　　“任何基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的最終目的都是要應(yīng)用到臨床，為病人解決實(shí)際問(wèn)題，也就是所謂的‘轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)’。在動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最后過(guò)渡至如今在人腦上的應(yīng)用。”該項(xiàng)目組一位工作人員表示，該項(xiàng)研究是將腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用到人類運(yùn)動(dòng)功能重建領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實(shí)踐，首次實(shí)現(xiàn)了人的意念控制機(jī)械手完成“石頭、剪刀、布”的猜拳動(dòng)作，使得腦機(jī)接口技術(shù)的臨床應(yīng)用向前邁進(jìn)了一大步。

　　目前，國(guó)際上腦機(jī)接口技術(shù)在人腦中的應(yīng)用可以較好地實(shí)現(xiàn)意念控制下對(duì)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(dòng)作的實(shí)踐，在全球范圍內(nèi)也達(dá)到了前沿水平。

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