本次試驗(yàn)突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導(dǎo)管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機(jī)接口對(duì)腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端，對(duì)推動(dòng)我國腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。
——段峰 南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授
◎本報(bào)記者 陳 曦 通訊員 喬仁銘
記者近日從南開大學(xué)獲悉，由南開大學(xué)人工智能學(xué)院段峰教授科研團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)的國內(nèi)首個(gè)介入式腦機(jī)接口技術(shù)在北京成功完成動(dòng)物試驗(yàn)，該技術(shù)只需通過類似心臟搭橋的微創(chuàng)手術(shù)便可實(shí)現(xiàn)腦機(jī)連接，整個(gè)手術(shù)植入過程可在兩小時(shí)內(nèi)完成。
首次在羊腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)介入式腦機(jī)接口
腦機(jī)交互是腦科學(xué)研究的一個(gè)分支。其通過腦電信號(hào)檢測(cè)技術(shù)獲取神經(jīng)系統(tǒng)的電活動(dòng)變化，再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別，分辨出引發(fā)腦電變化的動(dòng)作意圖，再用計(jì)算機(jī)把人的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)變成命令信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，從而在沒有肌肉和外圍神經(jīng)直接參與的情況下，實(shí)現(xiàn)人腦對(duì)外部環(huán)境的直接控制。
據(jù)段峰介紹，目前，傳統(tǒng)腦機(jī)接口分為侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口。侵入式腦機(jī)接口需要通過開顱手術(shù)或者鉆透顱骨將腦電傳感器植入腦內(nèi)，如特斯拉公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克的Neuralink腦機(jī)接口需要直接從頭骨植入，這可能會(huì)導(dǎo)致患者大腦的長期炎癥。而非侵入腦機(jī)接口雖然對(duì)人沒有傷害，但是腦電信號(hào)微弱，識(shí)別準(zhǔn)確率和實(shí)時(shí)性受限。
介入式腦機(jī)接口是一種新興的腦機(jī)接口方式，段峰科研團(tuán)隊(duì)采用治療中風(fēng)的神經(jīng)介入技術(shù)，通過靜脈將腦電傳感器植入大腦運(yùn)動(dòng)皮層、視覺皮層等腦區(qū)后，神經(jīng)支架膨脹，將電極擠壓在靠近大腦的血管壁上，從而獲取相應(yīng)腦區(qū)信號(hào)。這一技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要顱骨鉆孔或開顱手術(shù)即可獲得腦電信號(hào)。
“經(jīng)查新，本次試驗(yàn)是國內(nèi)首次在羊腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)介入式腦機(jī)接口的實(shí)驗(yàn)，突破了介入式腦電電極、血管內(nèi)腦電采集等核心技術(shù)，完成了支架、導(dǎo)管等神經(jīng)介入器械產(chǎn)品研制，解決了傳統(tǒng)侵入式腦機(jī)接口對(duì)腦區(qū)造成不可逆損傷的弊端，對(duì)推動(dòng)我國腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義?！倍畏逭f。
介入式腦機(jī)接口醫(yī)療前景廣闊
介入手術(shù)需要醫(yī)生在X線下完成，為了減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān)，降低醫(yī)生受輻射風(fēng)險(xiǎn)，此次試驗(yàn)的腦電極植入術(shù)，由河北工業(yè)大學(xué)張建華教授科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的介入機(jī)器人輔助完成。該機(jī)器人采用主從操作方式，由宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師馬永杰在主端操作，成功完成了部分血管造影。試驗(yàn)最終在羊腦血管內(nèi)完成了傳感器植入，并成功采集到了腦電信號(hào)。
“植入人體血管的支架經(jīng)過長期臨床應(yīng)用及研究，已經(jīng)擁有較高的安全性。事實(shí)上，通過介入式腦機(jī)接口這一方式，沿著血管植入傳感器，可以連通并激活大腦區(qū)域，無需侵入大腦即可獲得腦電信息。”段峰介紹。
腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人腦與設(shè)備的直接交互，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融的方式之一，具有極大的應(yīng)用潛力。因此目前各個(gè)國家也都在積極發(fā)展腦機(jī)接口技術(shù)以及探索這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。
法國Fabien團(tuán)隊(duì)研究腦電信號(hào)處理算法，致力于腦機(jī)接口訓(xùn)練任務(wù)、被動(dòng)式腦機(jī)接口應(yīng)用如3D用戶界面的評(píng)估等研究；美國波士頓大學(xué)和麻省理工學(xué)院開發(fā)的閉環(huán)EEG系統(tǒng)，可以使沒有受過訓(xùn)練的人群實(shí)現(xiàn)直觀的人機(jī)交互；美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究人員利用無創(chuàng)的腦機(jī)接口技術(shù)，成功開發(fā)具有連續(xù)跟蹤計(jì)算機(jī)光標(biāo)能力的機(jī)械臂；馬斯克團(tuán)隊(duì)通過植入式腦機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)了猴子用意念玩電子游戲。
在我國，南開大學(xué)成功研發(fā)出“腦控汽車”，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)人腦控制汽車在真實(shí)道路上駕駛；浙江大學(xué)完成了國內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化，使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)三維空間的運(yùn)動(dòng)等。
段峰表示，此次在動(dòng)物腦內(nèi)開展介入式腦機(jī)試驗(yàn)研究，可改善因腦、脊髓、周圍神經(jīng)或肌肉功能障礙引起的嚴(yán)重癱瘓患者（腦卒中、漸凍癥等）的功能獨(dú)立性，在治療癲癇、睡眠障礙、帕金森病等疾病中具有重要意義，未來應(yīng)用前景廣闊。