國內首例，浙大完成植入式腦機接口臨床轉化研究 四肢癱瘓的七旬老人用“意念”吃油條、喝可樂

“握住，很棒，向自己的嘴巴移動，再往回一些，好差不多，停！”隨著張先生吸溜一口可樂，浙江大學醫學院附屬第二醫院功能神經外科病房內響起了一片掌聲。

如此簡單的一個動作，大家為何要為他喝彩？

“太不容易了！對四肢完全癱瘓的人來說，這是不可能完成的任務。今天，通過腦機接口，他做到了！”浙大二院神經外科主任張建民激動地說。

在2012年動物實驗、2014年人腦初步實驗的基礎上，日前，浙大腦機接口交叉研究團隊在“植入式腦機接口臨床轉化應用研究”上取得了重要的階段性成果。

該團隊在國內首次通過對一位高位截癱志愿者腦內植入Utah陣列電極，實現意念控制機械手臂三維運動，從而完成進食、飲水和握手等一系列上肢重要運動功能。該研究的成功標志著我國腦機接口技術在臨床轉化應用研究中已躋身國際先進行列。

72歲高位截癱患者

靠“意念”吃到了油條

接受此次腦機接口臨床轉化研究的志愿者張先生，是一位72歲高齡的退休老師、某中學校長。本應在退休后安享晚年的他，卻在兩年前因一場意外車禍，導致頸髓重度損傷，成了一名高位截癱患者。

然而，他大腦功能尚健全，意識清楚。四肢無法活動的現狀，給他的生活帶去了無盡的陰暗與痛苦。但他并未因此消沉，而是始終懷著一份心愿，希望借助現代醫學新技術，幫助像他這樣的人群，在運動功能上有所改變，提高生活質量。

據了解，目前全球腦中風，腦及脊髓損傷導致肢體運動癱瘓后遺癥的病人接近1億，中國就有兩三千萬，且呈上升趨勢。

半年前，張先生的家人從新聞報道等渠道了解到，浙江大學腦機接口團隊在利用植入式腦機接口技術幫助患者重建運動功能方面卓有成效，便有了與團隊的接觸、了解，最終同意做志愿者，并于2019年6月29日入住浙大二院病房。

2019年8月，在做好充分準備后，研究方案經醫院倫理委員會批準，并征得張先生和家屬的知情同意及簽字后正式啟動。8月底精準定位下順利完成了國內首例開顱，將Utah陣列電極植入到控制右側上肢的運動神經皮層內的手術。由此，張先生開始了用意念與機械臂“對話”的生活。

每天，張先生結束午休后，就會開始一天的訓練。從開始的電腦屏幕上操控光標球運動到后期控制機械臂三維運動。花樣不斷翻新，難度不斷增加，效果不斷提高。在近期的訓練中，工作人員把一個盛著油條的杯子，放在機械手的旁邊，張先生用“意念”讓機械手對準位置，張開手指，握住杯子，一步一步往嘴邊挪。挪的過程不算順暢，有時往左偏一點，有時往右偏一點，張先生得“使勁”想著“往右”或“往左”，調整機械臂的方向。經過近半分鐘的努力，機械手終于把杯子挪到嘴邊，張先生吃到了油條。

而今，張先生通過腦機接口，餓了就能吃，渴了就能喝，能夠自己“做”一些事情了。工作人員得知張先生喜歡打麻將，還特地設計一套程序，讓他能通過控制鼠標，玩電腦麻將游戲。“剛進病房的時候，張先生心情很低落。我們跟他說話，他都不怎么吭聲。現在，他開心多了。”護士長說。

抓、握、移，這些對常人來說再簡單不過的動作，背后卻是信號發送、傳輸和解碼等一系列復雜的過程。因此，這種“轉念”對像張先生這樣脊髓神經損傷、運動功能喪失的殘障人士而言，如果沒有“腦機接口”，是不可能完成的任務。

非線性解碼器

更能讀懂老年人的心思

人的大腦中上千億個神經元通過發出微小的電脈沖相互交流，從而對人體的一舉一動發號施令。要實現意念控制，就要對電極檢測范圍內的人腦神經電信號，進行實時采集和解碼，將不同的電信號特征與機械手臂的動作匹配對應。如何在盡量減少損傷的情況下，將微電極準確無誤地植入患者大腦所在功能區，是此次研究的第一道關卡。

張建民說，大腦運動皮層神經元共分為6層，實驗需要將電極植入到第5層的位置。張建民團隊利用步進為0.1毫米的手術機器人，準確地將兩個微電極陣列送入既定位置，誤差僅在0.5毫米以內。這也是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。

接下來的關鍵一步，就是如何實現“意念操控”。

“在4毫米×4毫米大小的微電極陣列上有100個電極針腳，每一個針腳都可能檢測到1個甚至多個神經元細胞放電。電極的另一頭連接著計算機，可以實時記錄大腦發出的神經信號。”浙江大學王躍明教授說。

不過，神經信號收集和解碼成效，卻與個體息息相關。

在國際上已被報道的植入式腦機接口患者，均為中青年人。他們在體力、注意力、情緒配合等方面，也相對更穩健，而老年人則相對較弱。面對72歲高齡的張先生，國際上尚無先例可循，團隊所要探索的顯然更多，測試難度也更大。一開始，團隊采用國外的幾套線性算法，但效果都不太好。后來，團隊引入非線性、神經網絡算法，設計了一套針對這位高齡患者的個性化解決方案。

“相對于中青年患者，老年患者的腦電信號質量與穩定性都要差些，我們設計的非線性解碼器，更能‘讀懂’老年人的心思，幫助患者更好地學習操控機械臂、機械手。”張建民說。

患者張先生也因此成為目前全球范圍內，成功利用植入式腦機接口技術，實現肢體運動功能重建的最高齡患者。

盡管此類植入在國際上都處于試驗階段，效果也是非永久性的，但對張先生而言，腦機接口已改變他的生活，更讓這類人群看到了提高生活質量的希望。

“任何基礎醫學研究的最終目的，都是要應用到臨床，為病人解決實際問題，這就是所謂的‘轉化醫學’。”張建民教授說。腦卒中后偏癱、頸髓損傷后的高位截癱、肌萎縮側索硬化及閉鎖綜合征等運動功能嚴重障礙患者，有望應用腦機接口技術，并借助外部設備，重建肢體運動、語言等功能。

王湛

[責任編輯：楊凡、武云泉]

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