用“脑机接口”挑战阿尔茨海默氏症

■我们的通讯员王志康、通讯员王静和王世江、王祥

随着中国逐步步入老龄化社会，阿尔茨海默病(老年痴呆症)的发病率逐年上升，发病年龄也呈现年轻化趋势。作为一种退行性疾病，脑变性前的发现和预防对阿尔茨海默病尤为重要。然而，潜在患者如何接受方便、科学和有效的预防培训？在电子科技大学生命科学与技术学院副教授刘铁军的研究团队中，三位同学、唐兴峰和刘鹏提出了他们的想法——游戏。

这个奇特的想法与“脑-机接口”的专业技术知识相碰撞，立即产生了灿烂的火花。

用脑电图“玩”

虚拟世界

如何通过脑-机接口预防阿尔茨海默病？神秘之处在于收集脑电图的头带。虽然它看起来像一个小橡皮筋，但它只能收集几微伏的脑电图信号，并通过蓝牙传输到计算机。通过这种方式，玩家可以使用脑电图信号来控制电脑中的游戏角色灵活移动，避开虚拟世界中的障碍物和“跑酷”。

这个看似简单的脑电图采集头带是团队成员过去一年智慧和汗水的结晶。为了使头带能够适应不同的头部尺寸并保持与电极的良好接触，团队成员将头带设计成弹簧和弹性样式，其可以伸缩以适应不同的头部尺寸。这种创新的设计同时提高了系统的舒适性和稳定性，保证了脑电信号能够准确、稳定地采集到计算机中。

当终端设备接收到稳定的脑电波并经过训练后，用户就可以玩网络游戏了。在游戏界面上，在四个不同的方向上都有一个滚动的红色竖条。用户只需要看某个方向，大脑就会感应出相应的脑电图信号。通过特征提取和模式识别分类算法，可以控制游戏角色向不同方向移动，从而训练玩家的反应、注意力、空间想象和记忆，锻炼脑力，减缓大脑功能的退化，实现对老年痴呆症的预防。

“这不仅仅是一个游戏过程，”队长屈谦说。“如果只是玩游戏，系统就不能知道用户的大脑是否被锻炼过。收集脑电信号的方式实际上是一个带有生物反馈的过程。从游戏的效果，我们可以知道用户目前是否完全参与了游戏。如果用户不注意，他就不能控制游戏角色的移动，游戏就会结束。”

在小细节上“非常小心地工作”。

科学研究的道路从来都不是一帆风顺的。谈到他们一路上经历的挫折，屈谦深受感动。

“最大的困难在于电极的选择和高性能脑电信号采集电路的设计。”她说收集脑电波的传统方法需要在前额和枕叶涂上电极糊。然而，这种方法需要严格确保测试区域的清洁度。同时，由于湿电极接触稳定性差，必须反复调整，增加了操作的复杂性，需要专业人员的协助，大大降低了系统的实用性。

因此，经过大量的阅读、比较和筛选，团队成员最终确定干电极是脑电采集的核心材料，并且自行设计的高精度采集电路能够提取与湿电极同样高质量的脑电信号。这样，脑电波的收集变得方便快捷。只有戴上头带并连接到电脑，你才能看到稳定显示的脑电图信号。

“虽然你看到的是一个如此小的头带，但我们已经煞费苦心地做好了它背后的每一点。”屈谦说，“包括把比米粒还小的电阻和电容一点一点地焊接到电路板上，在网上找一家3d印刷厂来制作外壳，甚至我们从五金店买的螺丝都是一个一个安装的。”

刘铁军是该队的教练。在推进项目的过程中，他是一个“看门人”，对工作有严格的指标，并在团队成员背后有坚实的后盾。

“当我对他们的产品不满意时，我不仅担心，而且非常严格。”刘铁军说，在产品设计过程中，他要求团队成员进行创新，提出自己的想法。“科技问题可以讨论，但最终产品的评价效果必须通过我的测试。我说过，如果我们不能继续改进，我们就必须改进，我们不能混日子。”以一丝不苟的工作态度，学生们不断改进的作品最终取得了稳定的实验结果。

据了解，该作品在去年第15届“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛中获得一等奖。

需要大量的临床实验来测试和评估阿尔茨海默病的预防和治疗效果。该团队表示，未来将继续投资开发“脑-机接口”项目的其他产品，以便“在冉冉兴起的”技术能让更多人受益。谈到脑机接口的未来，屈谦充满信心。“这是一个朝阳产业，是未来发展的趋势。随着科学的进步，我认为这个行业一定会繁荣起来。”

《中国科学报》(第8版，2018年2月6日)