高位截瘫却能用意念打麻将人民资讯

「本文来源：武汉晚报」一些科幻电影中，几根电极插入脑中就能让人类进入计算机世界，只需要意念就能把想法变成现实，知识也不再需要死记硬背，在大脑中植入芯片就能获得无限技能。如今，这一幕不再是科幻。近日，在浙江大医院，72岁的高位截瘫患者张大伯正在用“意念”打麻将，明明没有人移动鼠标，屏幕上的麻将游戏却仍在继续。据悉，张大伯也因此成为目前全球范围内，成功利用植入式脑机接口技术，实现肢体运动功能重建的最高龄患者。大脑植入电极截瘫患者从此有了“手”这位用“意念”打麻将的张大伯，退休前是某中学的校长。本应在退休后安享晚年的他，却因一场意外车祸，导致颈髓重度损伤，成了一名高位截瘫患者。但他大脑功能健全，意识清楚，四肢无法活动的现状，给他的生活带去了无尽的阴暗与痛苦。据了解，目前全球脑中风，脑及脊髓损伤导致肢体运动瘫痪后遗症的病人接近1亿，中国就有两三千万，且呈上升趋势。年，张大伯了解到浙江大学脑机接口团队在利用植入式脑机接口技术帮助患者重建运动功能方面卓有成效，便联系到了张建民教授团队，并于年6月29日入住浙大二院病房。年8月，在做好充分准备后，医院伦理委员会批准，并征得张先生和家属的知情同意及签字后正式启动。8月底精准定位下顺利完成了国内首例开颅，将Utah阵列电极植入到控制右侧上肢运动的运动神经皮层的手术。术后，这位72岁的老人开启了用“意念”指挥机械手臂的高科技生活。用“意识”控制三维空间的机械手臂，实际上比起用“意识”在二维的屏幕上打麻将，破译脑电时的算法更为复杂。作为志愿者，张大伯是国内第一位尝试者。脑机接口是指建立人脑与外部设备进行信息传输的通路，可以实现人类意识的实时传输，利用机器学习的能力，将脑电波信号与其对应的动作反应建立映射关系，让人类意识在机器上得以翻译。经过科学界四十多年来的持续探索，曾经科幻的脑机接口逐渐照进现实，而医疗正是目前脑机接口的主要应用，在神经疾病的病情诊断、系统监测和辅助治疗等方面初露锋芒。喝下一口可乐这是个历史性的突破时间回到年1月16日。“握住，很棒，向自己的嘴巴移动，再往回一些，好差不多，停！”随着张大伯吸溜一口可乐，浙大二院神经外科病房内响起了一片掌声。如此简单的一个动作，大家为何要为他喝彩？“太不容易了！对四肢完全瘫痪的人来说，这是不可能完成的任务。通过脑机接口，他做到了！”浙大二院神经外科主任张建民激动地说。自从年8月成功手术后，张大伯每天结束午休，就会开始一天的训练。从开始的电脑屏幕上操控鼠标运动到后期控制机械臂三维运动，花样不断翻新，难度不断增加，效果不断提高。记者在训练现场看到，工作人员把一个盛着油条的杯子，放在机械手的旁边，张大伯用“意念”让机械手对准位置，张开手指，握住杯子，一步一步往嘴边挪。挪的过程不算顺畅，有时往左偏一点，有时往右偏一点，张大伯得“使劲”想着“往右”或“往左”，调整机械臂的方向。经过近半分钟的努力，机械手终于把杯子挪到嘴边，张大伯吃到了油条。抓、握、移，这些对常人来说再简单不过的动作，背后却是信号发送、传输和解码等一系列复杂的过程。因此，这种“转念”对像张先生这样脊髓神经损伤、运动功能丧失的残障人士而言，如果没有“脑机接口”，是不可能完成的任务。脑科学是被科学界称为“人类科学最后的前沿”。我国已经将脑科学与类脑研究列入“十四五”规划个重大项目清单。脑机接口做为其中一个重要的科学领域，从最初的科学幻想阶段，到科学论证阶段，现在已经进入技术爆发阶段。通过多年的努力，我国脑机接口技术也在不断追赶发达国家，并在某些学术领域已经与国际接轨，进入国际第一梯队。植入脑机接口更能读懂老年人心思首道关卡此前，在国际上已被报道的植入式脑机接口患者，均为中青年人。他们在体力、注意力、情绪配合等方面，也相对更稳健，而老年人则相对较弱。面对72岁高龄的张大伯，国际上尚无先例可循，团队所要探索的显然更多，测试难度也更大。如何在尽量减少损伤的情况下，将微电极准确无误地植入患者大脑所在功能区，是此次研究的第一道关卡。张建民说，大脑运动皮层神经元共分为6层，实验需要将电极植入到第5层的位置。这个过程中，电极植入不能有毫厘之差。植入位置太浅或太深，都达不到效果，还会损伤其他神经，“这对我们来说，是全新的手术，难度非常大”。传统人工植入手术，精确程度没法达到最佳状态。张建民团队利用步进为0.1毫米的手术机器人，准确地将两个微电极阵列送入既定位置，误差仅在0.5毫米以内。这也是全球首例成功利用手术机器人辅助方式完成的电极植入手术。关键一步接下来的关键一步，就是如何实现“意念操控”。脑机接口，不仅依赖材料科学、计算机科学等机器相关技术，更需要被试者的高度配合与规范化训练。“在4毫米×4毫米大小的微电极阵列上有个电极针脚，每一个针脚都可能检测到1个甚至多个神经元细胞放电。电极的另一头连接着计算机，可以实时记录大脑发出的神经信号。”浙江大学王跃明教授说。如何把收集的神经信号，准确地转化成机械臂的动作指令，既依赖于机器算法的设计，也会受到试验者个体脑电信号特征的影响。目前，全球尚无统一标准化的信号采集、解码等分析手段。团队引入非线性、神经网络算法，设计了一套针对这位高龄患者的个性化解决方案。“相对于中青年患者，老年患者的脑电信号质量与稳定性都要差些，我们设计的非线性解码器，更能‘读懂’老年人的心思，帮助患者更好地学习操控机械臂、机械手。”张建民说。未来已来“任何基础医学研究的最终目的，都是要应用到临床，为病人解决实际问题，这就是所谓的‘转化医学’”，张建民说。脑卒中后偏瘫、颈髓损伤后的高位截瘫、肌萎缩侧索硬化及闭锁综合征等运动功能严重障碍患者，有望应用脑机接口技术，并借助外部设备，重建肢体运动、语言等功能。随着脑科学的不断发展，这一领域的临床应用，将从现有的以运动功能为主的功能重建，逐渐推广到语言、感觉、认知等更多更复杂的功能重建上。“大家知道，脑卒中好发于老年人，许多脑血管病患者虽经我们救治，挽回了生命，但常常遗留偏瘫、失语等后遗症。因此这次在老龄志愿者身上进行的脑机接口试验，必将对于未来的临床治疗和康复有着非常重要的指导意义。”张建民说。综合央视财经、浙大二院宣传中心、浙江大学宣传部报道