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七乐彩复式玩法:不僅能吃油條、喝可樂,還能打麻將

國內首例!全身癱瘓后卻又奇跡般能“抓、握、移”

3d单选单复式组六 www.byoxni.com.cn 發布時間:2020-01-18來源:杭州日報作者:吳雅蘭 柯溢能 方秀芬 盧紹慶0

因車禍而全身癱瘓的張先生,四個月前在杭州進行了一個“神奇”的手術。如今,他可以與主治醫生握手,還能拿飲料瓶、吃油條、玩麻將,只不過這些動作不是用他自己的手來做的,而是他用“意念”控制外部機械臂及機械手來完成。

 這正是國內首例植入式腦機接口臨床轉化研究,由浙大求是高等研究院“腦機接口”團隊與浙大附屬第二醫院神經外科合作完成。

 除了吃喝、社交、娛樂外,這項最新成果將有助于肢體癱瘓患者進行運動功能重建,從而提高生活質量,未來也將對輔助運動功能、失能者功能重建、老年機能增強等更多領域產生積極影響。

 作為浙大“雙腦計劃”的積極參與者,手術主刀醫生、浙大附屬第二醫院神經外科主任張建民表示,人工智能給患者帶來福音,不僅能夠為過去“無法可醫”的病患帶來重生的機會,也能夠加快術后病人的康復。

 全身癱瘓后居然能“抓、握、移” 原來大腦與機械“心靈感應”

 在浙大二院16樓神經外科的一間病房里,工作人員把一個放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,一步一步往回挪。挪的過程并不十分順暢,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。經過約半分鐘努力,成功,機械手終于把杯子挪到了他的嘴邊,張先生吃到油條了!

 餓了就能吃,渴了就能喝,通過腦機接口,張先生能夠自己“做”一些事情。他開心地說,心想事成的感覺太好了。有意思的是,在知道張先生喜歡打麻將后,專家們特地設計了一套程序,讓他能夠通過控制鼠標玩電腦麻將游戲?!案綻詞?,張先生心情很低落,我們跟他說話,他都不怎么搭理。現在,能看得出他高興多了?!被な砍に?。

 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。這一“轉念”之間的過程,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,本是不可能完成的任務。

 而近年來興起的腦機接口技術,為這類患者帶來了福音。所謂腦機接口,就是在大腦和假肢等外部設備之間建立一條直接傳輸大腦指令的通道,實現在脊髓及運動神經通路損壞,但大腦皮層功能尚健全的情況下,腦部的信號也能通過計算機解讀,直接控制外部設備。

 “首次證明,高齡患者利用植入式腦機接口進行復雜而有效的運動控制是可行的?!閉憬笱笫歉叩妊芯吭航淌諭踉久魎?,以往在國際上已經報道的研究植入式腦機接口的志愿者均為中青年,而這次張先生是典型的高齡患者,在體力、注意力、情緒配合等方面都相對較弱?!跋衷謖畔壬梢醞耆么竽栽碩げ閾藕?,精準控制外部機械臂與機械手實現三維空間的運動?!?/p>

 這是一個無比高超神奇的手術 機器人輔助完成電極植入

 這個神奇的手術在去年8月實施,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后正式開始。

 在盡量減少損傷的情況下,如何將微電極準確無誤地植入患者大腦,手術的挑戰就從這里開始。張建民說,大腦皮層神經元共分為6層,實驗需要將電極植入第5層的位置。電極植入的位置太淺了達不到效果,太深了又會損傷其他神經,難度非常大,“這對我們來說,是全新的手術?!閉漚襝氳攪聳質躉魅?。他們利用步進為0.1毫米的手術機器人,準確地將2個微電極陣列送入既定位置,誤差控制在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電極植入的手術。

 “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?!蓖踉久魎?,這次是把微電極陣列直接插入大腦運動皮層里面,是植入式操作,可以檢測單個神經元細胞放電情況,獲取的信號更直接、穩定和豐富。

 接下來的關鍵一步就是如何實現“意念操控”。團隊介紹說,人的大腦中有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。后來,王躍明與團隊成員引入非線性、神經網絡算法,提出了針對這一例高齡患者的個性化解決方案?!跋嘍雜謚星嗄昊頰?,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,能夠幫助患者更好地在反饋式學習中掌握如何操控機械臂與機械手?!?/p>

 當然,要達到“人與機械合一”的目標是非常困難的。團隊采用循序漸進的訓練方法,先讓張先生在電腦屏幕上操控鼠標來跟蹤、點擊二維運動及三維虛擬現實運動中的球,再練習指揮機械臂完成上下左右等9個方向的動作,最后才是模擬握手、飲水、進食等動作。訓練耗費4個多月時間,才有了現在這樣令人激動的成果。

 浙大腦機接口技術躋身世界最先進水平 今后推廣到更復雜的功能重建

 “腦卒中好發于老年人,許多腦血管病患者雖經救治挽救了生命,但常常遺留偏癱失語等后遺癥。因此這次在老齡志愿者上成功實現腦機接口運動功能重建轉化研究,將對未來的臨床治療和康復產生非常重要的指導意義?!閉漚癖硎?,高位截癱、肌萎縮側索硬化、閉鎖綜合征等重度運動功能障礙患者,有望應用植入式腦機接口技術并借助外部設備,重建肢體運動、語言等功能,而且隨著腦科學的不斷發展,這一領域的臨床應用將從現有的以運動功能為主的功能重建,逐漸推廣到語言、感覺、認知等更多更復雜的功能重建上。

 據介紹,從最初實現電極植入大鼠腦部的“動物導航系統”,到腦機接口應用在人的大腦上,團隊整整花了十余年時間。而今天的這項研究也意味著浙江大學的腦機接口技術已經可以躋身世界最先進水平。


《杭州日報》2020年1月17日12版