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   >>新闻公告 >>脑机交互技术迈向临床神经修复
脑机交互技术迈向临床神经修复
     “脑机接口”是一种新兴的神经界面技术,它是在人或动物脑与外部设备之间建立的直接连接通路,即使不通过直接的语言和行动,大脑的所思所想也可以借由这条通路向外界传达。在脑机接口技术的帮助下,残疾人可以控制家电,假肢,甚至输入字母,这已经引起国际学术界的极大关注。这个近似于天方夜谭神话,已经变为活生生的现实,并正在向神经修复的临床转化。美国匹兹堡大学Andrew B. Schwartz教授是国际上在这个领域临床应用开拓者之一,近日他在清华大学召开的人机交互神经修复临床技术研讨会上进行了精彩报告与展示,留给来自全国各地一百余位参会者深刻印象与无限启迪。
美国匹兹堡大学2008年在开发用大脑直接控制的义肢上取得重大突破。研究人员在猴子大脑运动皮层植入了微型电极阵列,通过计算机与做成人手臂形状的机械假肢连接。电极阵列感受到的来自神经细胞的脉冲信号被计算机接收并分析,最终可转化为机械手臂的运动。试验结果显示,猴子通过思维控制机械手臂抓握、翻转、拿取,行动自如地完成了进食动作。他们的研究团队在去年2月,获得美国FDA批准,完成了首例高位脊髓损伤52岁的女性患者的脑机接口手术,患者已经成功完成抓握、持物、吃东西等基本动物,真正做到了“身随心动”。
他介绍说,更好地了解神经元群体功能是系统神经科学的一个重要进展。研究的重点从单一的神经元,转移到神经合奏的变化,使人们有可能提取高保真信息​​运动,这种能力是由于大脑信息处理的分散性。大脑皮层的运动神经元同时对许多参数进行编码,但编码的保真度在单个神经元的水平薄弱。而根据对多个神经元的综合编码的提取更具优势。同时由于运动大脑皮层的神经元可以对多个运动参数进行编码,他们已逐渐增加假肢控制的自由度,最近的数据显示,可以提取10自由度,在控制手的空间位置的基础上增加了手型的灵巧控制。
      国内处于研究前沿的两家单位,清华大学医学院、浙江大学求是高等研究院也分别作了报告了他们的最新研究进展。由于信号质量低,电极接触不可靠,使用非侵入性的头皮脑电图仅适用于短期实验,这给脑机接口技术的临床应用提出了挑战。清华大学医学院的洪波教授提出并实现了一种新型的脑计算机接口,通过微创手术直接记录病人大脑皮层表面的神经信号,取得了长期可用性和高性能。他们的新技术与现有的技术相比,具有手术风险最小化的同时,实现长期稳定的神经信号记录。针对汉语的语言音素神经编码研究,已经获得部分突破,未来有望把神经信号直接转化为合成语音,让残疾人把思维直接转换成语音通过计算机“说出来”。
      浙江大学朱君明教授展示了利用非人类灵长类动物建立脑机接口系统,研究脑机接口技术在运动功能修复中的应用。在猴子的初级运动运动皮层(M1区)及辅助运动区(PMd)各植入一个4×4 mm 96通道的犹他电极,记录M1及PMd区的神经信号。利用广义神经网络等模式识别算法对猴子腕部摇杆轨迹以及不同的抓握手势进行解码分析。实现了利用脑电信号对机械假肢的实时控制。猴子可以通过意念直接控制机械手完成四种不同的抓握手势,正确率可以达到85%。
首都医科大学附属北京康复医院黄红云主任认为脑机接口神经假体或相关技术作为神经修复学重要研究领域,对于残障人士修复或重建丧失的运动能力具有重要意义。应强调包括细胞治疗、神经刺激或调控、脑机接口、生物工程和组织工程、神经嫁接或桥接、神经康复、药物及其它新的治疗手段的综合干预,获得更多功能改善。面对研究热点和竞争,强调转化医学的实施,国家需要增加政策和资金的支持力度。
      大会主席清华大学左焕琮教授认为,过去10年,脑机接口技术的迅速发展以及美欧临床试验的成功,使得脑机接口技术已经成为神经科学、临床医学和信息工程交叉研究领域的前沿热点问题。当前的脑机接口系统可用于感觉、运动功能的重建和神经精神疾病的治疗。一旦相关技术成熟之后,在可预见的未来,该领域的新技术将会扩展到日常生活的各个方面,甚至可以增强和扩展正常人的生理机能。目前,脑机接口技术需要各学科的交叉合作,继续推动技术精进发展,促进其在临床上的应用。
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