腦機接口研究大突破！72歲高位截癱者“意念”喝可樂，創下3個“首例”

腦機接口應用距離我們還有多遠？

日前，高位截癱患者張先生借助“意念”用“一只手”拿起可樂，并成功喝進嘴里，一舉登上熱搜。

以上成果由浙江大學求是高等研究院“腦機接口”團隊近日公布，也是中國首例植入式腦機接口臨床轉化研究。

“腦機接口”研究項目拿下3個首例

據了解，此次項目名為“植入式腦機接口臨床轉化應用研究”，由浙大二院張建民教授團隊與浙江大學求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團隊合作完成。

在取得張先生和家屬的知情同意及簽字后，張建民教授團隊通過手術將Utah陣列電極植入張先生控制右側上肢運動的運動神經皮層的第5層（共6層）。

據悉，該陣列電極僅有4mm*4mm大小，上面分布著100個電極針腳，每一個針腳都能夠檢測到1個甚至多個神經元細胞放電。為了避免誤差，團隊還在手術過程中采用了步進為0.1mm的手術機器人，這也讓該手術成為全球首例成功利用手術機器人輔助方式完成的電極植入手術。

電極的另一端連接的是一臺計算機，后者內置了魯棒在線解碼器與反饋式學習系統，能夠實時記錄大腦的神經信號，并轉化為機械臂的動作指令，最終形成一個“雙向互適應的閉環腦機接口系統”。

另外值得注意的是，此前國外進行的植入式腦機接口的對象均是中青年患者，而張先生已經72歲，在全球信號采集、解碼等分析手段缺失的前提下，他的腦電信號質量與穩定性也要差一些，給研究更增添了難度。

為此，在國外幾套線性算法的效果不如人意后，團隊引入非線性、神經網絡算法，針對張先生設計了一套個性化解決方案。經歷4個月循序漸進的訓練，張先生已經能夠通過“意念”操控機械臂，完成握手、喝水、進食等動作。得益于研究的成功，張先生也成為目前全球范圍內，成功利用植入式腦機接口技術實現肢體動作功能重建的最高齡患者。

從2012年完成國內首例猴腦電信號控制外部機械臂運動，到2014年完成國內首例基于ECoG 信號的人腦腦機接口模式下，意念控制機械手“剪刀-石頭-布”精細動作，再到此次張先生案例的成功，浙大二院與浙江大學求是高等研究院之間的合作正逐步取得階段性成果。

腦機接口應用還有多久來到身邊？

借助腦機接口技術，一方面人類能夠將大腦信號轉化為機器可識別的信號，從而實現對機器的控制，另一方面也可以接收來自機器的反饋，實現從外部對大腦進行干預。

追根溯源，人們對腦機接口技術的研發最早開始于1924年，但直到20世紀70年代左右，這一技術才真正開始成形，并在90年代末21世紀初迎來一個高潮期。

而作為一項與生物體息息相關的技術，腦機接口技術的成熟也需要進行臨床研究。自2005年開始，越來越多的企業和機構通過侵入式或非侵入式的方式開展臨床研究，并取得了突破性的進展。

相比于國外，國內對于“腦機接口”的研究還處于早期，且在方向上更偏向于非侵入式。基于非侵入式的方式，人們只需要借助帶有電極的頭部可穿戴設備即可獲取信號。相比于侵入式，非侵入式或許在信息獲取干擾性、準確性方面不如前者，但也避免了人體的排異反應和手術的風險等。

落地方面，腦機接口的價值最大場景在醫療領域，多個案例已經證明，采用腦機接口技術，能夠幫助殘障人士、老年人進行對應的恢復訓練，或是重新獲得肢體控制能力、感知能力等。此外在教育、娛樂、軍事、運動等領域，腦機接口的潛在市場也是極大的。

以國內為例，作為一項門檻高、要求復雜的技術，當前腦機接口賽道的公司還不是非常多。需要注意的是，國內一些企業推出的非侵入式腦機接口設備已經開始商用，但在一些非醫療市場，產品的落地受到了來自社會對數據安全、倫理等方面的質疑。

就在去年10月，BrainCo將腦機接口頭環幫助學生提高學習注意力的報道引來多方爭議，諸如小學生是否應該佩戴頭環、是否涉及隱私數據、佩戴后的相應效果等討論甚囂塵上，為這類產品的落地蒙上了一層陰影。對于依靠手術進行的侵入式腦機接口研究，倫理審核同樣是一道門檻。

目前，包括中國、美國、日本等國家在內，諸如腦機接口這類“腦科學”的研究已經被納入國家戰略，各自也取得了不錯的進展。不過如同浙大二院與浙江大學求是高等研究院在案例中面臨的難題，當前全球缺失統一標準化的信號采集、解碼等分析手段，這也是當前腦機接口研究中的一個瓶頸。

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