国内首例植入式脑机接口临床转化研究完成

两年前，张先生因车祸第四次颈椎受伤，四肢完全瘫痪。今年，这位72岁的老人接受了系统的训练。他不仅能握手，还能拿饮料、吃油条和打麻将。然而，这些动作不是用手做的，而是用他的“头脑”来控制外部的机械臂和机械手。

1月16日，浙江大学宣布了“双脑工程”的重要科研成果。该大学秋石高等研究院“脑-机接口”团队与浙江大学医学院第二附属医院神经外科合作完成了国内首个植入式脑-机接口的临床研究。患者可以利用大脑运动皮层信号精确控制外部机械臂和机械手实现三维运动。同时，首次证明了老年患者使用植入式脑-机接口进行复杂有效的运动控制是可行的。

除了饮食、社交和娱乐之外，这项最新的成就将帮助肢体瘫痪患者重建他们的运动功能，从而提高他们的生活质量。它还将对更多领域产生积极影响，如辅助运动功能、残疾人功能重建、老年人功能增强等。

大脑和机器之间的感应非常困难，近年来出现的脑-机接口技术给这些病人带来了好消息。

所谓脑-机接口，就是建立一个在大脑和外部设备(如假肢)之间直接传递大脑指令的通道，从而在脊髓和运动神经通路受损但大脑皮层功能仍然完好时，通过计算机对脑信号的解释，实现对外部设备的直接控制。

早在2012年，浙江大学的团队就将微电极阵列植入猴子的大脑，成功提取并解码了猴子大脑中关于抓、钩、握、捏四种手势的神经信号，使猴子能够通过自己的“思维”直接控制外部机械臂。

2014年，浙江大学团队将皮层脑电图微电极植入人脑，实现了对机械手的“思维”控制，完成了“石头、剪刀、布”手指的艰难运动，开创了当时中国的先河。

此前有报道称，研究植入式脑机接口的志愿者均为中青年，而张是一位典型的老年患者。浙江大学第二医院神经外科主任张建民说，这也是世界上第一次使用手术机器人辅助成功进行电极植入手术。机器人辅助手术和非线性神经网络算法都是新的尝试。

他们使用一个步长为0.1毫米的手术机器人，精确地将两个微电极阵列发送到给定的位置，误差小于0.5毫米

“与中青年患者相比，老年患者的脑电图信号质量和稳定性较低。我们设计的非线性解码器可以更好地“读取”老年人的想法，帮助患者更好地掌握如何在反馈学习中控制机械臂和机械手。”浙江大学求是高等研究院教授王跃明说。

当然，要实现“人与机器相结合”的目标是非常困难的。该团队采用了循序渐进的训练方法，用了4个多月才取得如此激动人心的结果。

“任何基础医学研究的最终目标都是将其应用于临床实践，并为患者解决实际问题。这叫做‘转化医学’。”张建民说，患有严重运动功能障碍的患者，如高位截瘫、肌萎缩性侧索硬化和闭锁综合征，有望应用植入式脑-机接口技术，并借助外部设备重建肢体运动、语言和其他功能。老年志愿者脑-机接口运动功能重建和转化的成功研究，对今后的临床治疗和康复具有重要的指导意义。"

本研究得到了国家重点研发计划“基于脑-机接口的脑血管疾病主动康复技术的研究与应用”、国家重点研发计划“基于脑-机融合的脑信息认知关键技术研究”和国家自然科学基金重大研究仪器研究项目“脑神经网络复杂系统实时分析与调节仪器研究”的支持。