科幻变成现实,脑机接口让高位截瘫患者用意念喝到了可乐

近未来

01-17 17:50

用大脑操纵机器,这个在科幻电影中再常见不过的情节开始走进现实,浙大二院的研究人员就成功帮助一位高位截瘫患者实现用意念喝可乐这样的科幻操作。

▲ 图片来自:浙大二院

这是浙江大学和及其附属第二医院脑机项目的最新研究成果,参与试验的志愿者张先生是一位 72 岁的退休教师,两年前因车祸导致颈髓重度损伤,虽然大脑功能健全,但四肢完全瘫痪。

研究人员将 Utah 阵列电极植入张先生控制右侧上肢运动的运动神经皮层,从而使他能够用意念控制机械手臂的三维运动完成进食、饮水和握手等一系列动作,这在我国尚属首例。

将电极植入脑部的过程中同样应用了创新技术,研究人员这次是在步进为 0.1 毫米的手术机器人的帮助下,准确将两个微电极植入大脑运动皮层神经元第 5 层。

不过,手术的效果并非立竿见影,喝可乐的动作看起来简单,但从去年 8 月完成手术到如今能与机械臂「对话」,张先生经过了长时间的训练,从一开始在电脑屏幕上操控鼠标,到后期控制机械臂三维运动,难度逐渐加大,才有了用意念喝可乐一幕。

从浙大二院公布的视频来看,除了喝可乐,张先生已经能控制机械臂实现握手、吃油条等动作,甚至能用机械臂操作鼠标在电脑上打麻将。

脑机接口,简称 BCI,是指在人或动物的脑部与外部设备之间建立直接的连接通路,其原理是通过信号采集设备将大脑电信号处理为可以被计算机识别的信号,再转换为具体的指令。BCI 有单向和双向接口之分,前者指计算机只能接受或发送信号到大脑,后者允许大脑与计算机之间进行双向信息交换。(维基百科)

在浙大二院的案例中,植入患者的微电极阵列面积仅为 4×4 毫米,却布满了 100 个电极针脚,据浙大王跃明教授介绍,每一个针脚都可能检测到 1 个甚至多个神经元细胞放电,电极的另一头与计算机连接,可以实时记录大脑发出的神经信号。

▲图片来自:浙大二院

虽然脑机接口项目在国际上不乏成功先例,但志愿者多为中青年,因此张先生 72 岁的高龄也成了此次项目的一大挑战,一是老年人体力、注意力和配合度较差,二是其脑电波信号相对年轻人也要弱一些,此次项目的成功,也为脑机接口技术在高龄人群身上的应用提供了可借鉴案例。

在生物医学、智能机器人等领域充满想象力的应用前景,让脑机接口成为眼下科研领域最令人兴奋的话题之一,不过大众对这个名词的认识,大概是源于马斯克的 Neuralink 公司,去年马斯克宣布已实现脑机接口技术的突破,希望在 2020 年年底前应用到人类患者身上,未来还可以让人与超级人工智能交流,用马斯克的话来说「我们可以选择跟 AI 合为一体」。

▲图片来自:Telegraph Star

看中脑机接口发展前景的科技公司还有 Facebook,其脑机接口主攻意念打字,去年其项目主管表示他们的机器已经可以初步通过脑电波读懂测试者的一些想法。

虽然现在脑机接口技术还远未成熟,但意念喝可乐的实现,足以让我们对该技术在未来造福人类抱有更多期待。

图片来自:Nature

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