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近日，浙江大學(xué)對(duì)外宣布該校“雙腦計(jì)劃”最新科研成果：該校求是高等研究院“腦機(jī)接口”團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科合作完成國(guó)內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床研究，患者可以利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)精準(zhǔn)控制外部機(jī)械臂與機(jī)械手實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動(dòng)，這也是首次證明高齡患者利用植入式腦機(jī)接口進(jìn)行復(fù)雜而有效的運(yùn)動(dòng)控制是可行的。

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所謂腦機(jī)接口，就是在大腦和假肢等外部設(shè)備之間建立一條直接傳輸大腦指令的通道，在脊髓及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)通路損壞但大腦皮層功能尚健全的情況下，讓腦部的信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)解讀，直接控制外部設(shè)備。

據(jù)相關(guān)報(bào)道，此次植入式腦機(jī)接口臨床研究針對(duì)的是國(guó)內(nèi)一位70多歲高齡的高位截癱患者，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)手術(shù)將Utah陣列電極植入患者控制右側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)皮層的第5層（共6層），該陣列電極僅有4mm*4mm大小，上面分布著100個(gè)電極針腳，每一個(gè)針腳都能夠檢測(cè)到1個(gè)甚至多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電。

為了避免誤差，團(tuán)隊(duì)還在手術(shù)過(guò)程中采用了步進(jìn)為0.1mm的手術(shù)機(jī)器人，這也讓該手術(shù)成為全球首例成功利用手術(shù)機(jī)器人輔助方式完成的電極植入手術(shù)。

電極的另一端連接的是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，后者內(nèi)置了魯棒在線解碼器與反饋式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)記錄大腦的神經(jīng)信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的動(dòng)作指令，最終形成一個(gè)“雙向互適應(yīng)的閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)”。

另外值得注意的是，此前國(guó)外進(jìn)行的植入式腦機(jī)接口的對(duì)象均是中青年患者，而上述患者已經(jīng)超過(guò)70歲，在全球信號(hào)采集、解碼等分析手段缺失的前提下，他的腦電信號(hào)質(zhì)量與穩(wěn)定性也要差一些，給研究更增添了難度。

為此，在國(guó)外幾套線性算法的效果不如人意后，團(tuán)隊(duì)引入非線性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，針對(duì)該患者設(shè)計(jì)了一套個(gè)性化解決方案。經(jīng)歷4個(gè)月循序漸進(jìn)的訓(xùn)練，這位70多歲的患者成功用意念控制機(jī)械手臂的三維運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運(yùn)動(dòng)。

在浙大二院發(fā)布的視頻中，上述患者的床位邊立著機(jī)械手臂，工作人員把一個(gè)盛著油條的杯子，放在機(jī)械手的旁邊，患者用“意念”讓機(jī)械手對(duì)準(zhǔn)位置，張開(kāi)手指，握住杯子，看著機(jī)械臂帶著杯子往嘴邊挪，并調(diào)整杯口的角度，最終吃到了油條。此外，患者還成功實(shí)現(xiàn)了用意念控制機(jī)械臂喝可樂(lè)、打麻將。

得益于研究的成功，該患者也成為目前全球范圍內(nèi)，成功利用植入式腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)肢體動(dòng)作功能重建的最高齡患者，“相對(duì)于中青年患者，老年患者的腦電信號(hào)質(zhì)量與穩(wěn)定性都要差些，我們?cè)O(shè)計(jì)的非線性解碼器更能‘讀懂’老年人的心思，能夠幫助患者更好地在反饋式學(xué)習(xí)中掌握如何操控機(jī)械臂與機(jī)械手?！闭憬髮W(xué)求是高等研究院教授王躍思表示。

事實(shí)上，早在2012年，浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)就在猴子腦中植入微電極陣列，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)，使猴子能通過(guò)自身“意念”直接控制外部機(jī)械手臂。2014年，浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)在人腦內(nèi)植入皮層腦電微電極，實(shí)現(xiàn)“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)，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)第一。

有專家表示，高位截癱、肌萎縮側(cè)索硬化、閉鎖綜合征等重度運(yùn)動(dòng)功能障礙患者有望應(yīng)用植入式腦機(jī)接口技術(shù)并借助外部設(shè)備重建肢體運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言等功能。這次在老齡志愿者身上成功完成腦機(jī)接口運(yùn)動(dòng)功能重建轉(zhuǎn)化研究，將對(duì)未來(lái)的臨床治療和康復(fù)產(chǎn)生重要的指導(dǎo)意義。

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