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脑卒中患者康复用"脑机接口" 脑损伤后脑神经回路有望"重塑"

2017-12-07 来源:浙江在线

“如果能够收集到够多的脑电波,并翻译成编程语言,我们是不是只需要留个脑袋,像‘阿凡达’那样生存?”

  “理论上是这样的,未来也可能实现吧,但现阶段,我们更希望通过脑机接口应用,让脑卒中的患者可以更好地实现主动康复。”浙江大学医学院附属第二医院(以下简称“浙医二院”)脑科中心主任张建民教授如是说。

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  2017年7月,以张建民教授牵头的国家重点研发计划“基于脑机接口的脑血管病主动康复技术研究及应用”正式启动,浙江大学作为项目主持单位,联合了陆军军医大学西南医院、四川大学华西医院、华东师范大学等七家国内知名研究院校,将脑机接口这一前沿智能化技术应用于脑血管病的主动康复过程,以期在智能康复设备的研发、脑网络重建机制的探索以及康复体系的建立方面取得重要成果。

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在浙医二院实践的脑机接口案例:患者通过脑机接口进行石头剪刀布

  脑卒中患者康复用脑机接口?它怎么“读心”?

  浙大求是高等研究院副院长陈卫东教授告诉记者:在研究脑机接口的领域,读取脑电波分为植入式与非植入式,相对于头部佩戴等非植入式的脑电波采集方式,神经外科能够直接在开颅手术中,在大脑皮层上植入电极,不仅可以更精确地检测到神经电冲、观察脑神经活动、对应脑区的功能——收到的信息更精准;还能够更精确地将机器的信号反馈给脑神经,在探索神经科学和机械工程学的结合时有更好的反馈。

  脑机接口不同于一般的机器操作,一方面可以连接外部设备,另一方面也能让大脑接受外部的反馈,并做出相应的调整。

  美国的匹兹堡大学是世界上最顶尖的脑机结合的研究机构之一,陈卫东教授曾任该校访问学者,从事脑机接口研究,他给浙江在线记者介绍了该校在脑机接口领域的突破性进展。科学家在瘫痪患者大脑中植入电极,通过脑机接口控制机械臂辅助患者给自己喂食。而之后,匹兹堡大学更进一步,将感觉信息编码输入到脑。奥巴马在卸任美国总统前夕到访匹兹堡大学的实验室,瘫痪患者用脑机接口控制的机械手与奥巴马握手,而通过机械手,这位患者能够感知到与奥巴马握手时的触觉。

  浙大求是高等研究院拥有全国最顶级的脑机接口团队,在这次国家重点研究项目中承担第一课题系统和设备等关键技术的研发。

  2014年,在浙医二院脑科中心16楼,一位难治性癫痫患者因诊疗需要临时在颅内埋置了皮层电极记录皮层脑电(ECoG)。在诊疗的同时,通过浙江大学求是高等研究院脑机接口团队将该患者的大脑运动意念信号采集分析解码后,直接控制脑机接口的机械手活动,在国内首次成功实现了ECoG模式下大脑意念控制外部机械手运动——患者可以通过脑电波指挥机械手和医生玩“石头、剪刀、布”游戏。

  浙医二院脑科中心主任张建民教授告诉记者:脑机接口并不仅仅是大脑发出指令让机器执行——机器与大脑的不断调试、磨合,本身也是对脑神经的一种刺激和训练,这对于脑损伤后脑部神经的恢复和神经回路的重塑也有益。

  除了可以用机械臂和医生玩“石头、剪刀、布”,脑机接口还能“修脑”吗?

  这样的“阿凡达”怎么治中风?

  从1980年开始,心脑血管疾病已成为我国第一位死因。而脑血管病的死亡率是心肌梗死的4~6倍,带来的经济负担更是心肌梗死的10倍。如果说6年前推动脑卒中筛查是浙医二院脑科中心主任张建民觉得势在必行的预防之举,那么6年后,如何提高脑卒中患者的康复质量亦是事不宜迟。

  截至2016年底,浙江有76.81万的失能、半失能老人,而这些老人中的很大一部分是脑卒中后的患者,而现有的康复医师不到实际需求的三分之一,而且在短期内无法得到数量和质量上的大幅提升——如果人不够,那能不能让机器来做?

  可不可以让机器来代替康复师协助患者做康复治疗,打通神经通路治疗运动障碍?同时让患者在适应机器康复的同时,快速、有效地保护伤后脑神经细胞,尝试神经细胞传导通路的修复与重塑?

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  而这次的国家重点研发计划就是基于这样的原理,一方面研发智能康复技术,开展早期、主动、智能化脑血管病康复;另一方面建立从三级医院到社区家庭的多层次康复管理体系。

  浙医二院神经外科主任医师朱君明告诉记者,在课题的第一阶段,主要是研究面向“主动运动意念提取、控制”的脑机接口技术以及智能康复设备控制技术;同时通过研究“高分辨率的靶向”经颅电刺激的神经干预技术,研制基于非植入式脑机接口技术的主动智能化康复设备原型。

  首先,通过脑机接口的研究将脑电信号“解码”;其次将提取出能够让大脑识别出来的有利于康复的神经模拟信号;与此同时,这些信号都需要有机器进行支撑,这个机器不仅能接收到相应的指令,还能够在运动后将肢体的感受反馈给人脑——比较类似电影《阿凡达》中的“阿凡达驱壳”。

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  有了这样的智能康复设备并不代表就可以替代现有的康复手段,所以接下来,浙医二院还联合了多家科研院校、重点医院进行临床对比试验,同时也将对利用脑机结合设备实现康复目标的患者进行三级检测,观察其后续的康复。

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