国内首例电极植入 意念操控喝可乐不“求人”

　　患者老张正在用意念引导机械手臂喂自己喝水 视频截图

　　两年前他遭遇车祸，四肢完全瘫痪。但此刻老张决定不靠别人帮助，给自己拿一瓶无糖可乐。

　　老张集中注意力，在大脑中设想伸手取可乐的动作。脑电信号经由他大脑皮层里植入的电极传输到身边的解码器。紧接着，一台机械臂开始转动，伸出去对准不远处桌子上的那瓶可乐，机械手调整“五指”把瓶身握紧，又一点点收回来，直到可乐瓶中的吸管准确地凑在老张的嘴边。

　　在浙江大学医学院附属第二医院神经外科的病房里，老张与机械臂、机械手的互动训练已经持续了4个多月，意念操控过程日益流畅。

　　1月16日，浙大求是高等研究院“脑机接口”团队宣布，与浙大二院合作完成中国第一例植入式脑机接口临床转化研究，使患者可以完全利用大脑皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间的运动，并且首次证明高龄患者利用植入式脑机接口进行复杂而有效的运动控制是安全可行的。这项最新成果将有助于重度运动功能障碍患者重建肢体运动，提高生活质量。

　　电极插入神经元

　　意念操控机械手

　　脑机接口就是在大脑和假肢等外部设备之间建立一条直接传输大脑指令的通道，大脑信号经采集后通过计算机解读，直接控制外部设备。

　　这项技术近年来蓬勃发展，出现了层次深浅不一的各种应用。比如戴上一顶专门设计的“帽子”，采集头皮脑电信号，用以指挥小车做简单的前进、刹车动作，这也是脑机接口技术的一种应用。

　　教育部“脑与脑机融合前沿科学中心”（双脑中心）副主任、浙大求是高等研究院王跃明教授说，把脑机接口技术在临床上转化，目前国际上的主要方向是将其用于渐冻症、高位截瘫等重度、不可逆性运动功能障碍患者的肢体运动功能重建，帮助他们“心（脑）想事成”。

　　老张是中国第一位在大脑中植入脑机接口电极的患者。

　　浙大二院神经外科主任张建民教授介绍，老张的大脑皮层里植入了两个Utah微电极阵列，这是美国FDA唯一批准用于临床的脑电采集微电极。每个电极大小为4毫米见方，分布着100个电极针脚，每一个针脚都对应一个或多个神经元细胞。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。

　　抓住一个水杯喝水，对正常人来说再简单不过的一个动作，其实涉及大脑控制的复杂过程：手臂运动要准确、稳定，手指给瓶子施加的压力必须不大不小……这些都需要准确流畅的信号指挥。

　　“电极直接插入神经元细胞，就像坐在体育场里看足球比赛，能亲眼看到运动员是凌空抽射还是头球攻门。”王跃明说。

　　所幸车祸没有伤害到老张的大脑，在脊髓损伤、人体原有神经通路损坏的情况下，脑机接口技术为大脑信号建立了新的传输通路。浙大研究团队利用自主研发的人工智能算法来解码老张发出的脑电信号，进而指挥机械臂运动。比如老张通过运动想像让机械臂左右移动，左摆过头要及时回补，补到哪个位置是反复进行反馈式学习后机器解码器才能准确完成。“这是一个人和机器互相适应、互相磨合的过程。”王跃明说，“当机械臂在学习读懂老张的脑电信号时，老张也在学习怎么用好这个新工具。”

　　为七旬老人定制算法

　　多项创新填补国内外空白

　　浙大较早就开展了脑机接口技术研究，依托神经科学、信息工程技术和医学等多学科交叉合作，其研究水平一直居于全国前列。

　　浙大研究团队在国内率先实现了脑机接口技术在动物模型上的应用，包括猴子皮层脑电脑机接口控制外部机械手完成“勾、抓、捏、握”等不同手势，以及人脑意念操控大白鼠走迷宫等。

　　2014年，浙大研究者在国内首次实现人脑意念控制机械手完成“剪刀